Clima

Pompa di calore

Probabilmente hai familiarità con i moderni sistemi di riscaldamento. Sai come sarà tra 10 anni? Sapete quali sono gli impianti di riscaldamento omologati per legge per la costruzione di nuovi edifici pubblici negli Stati Uniti? Quando installa quale sistema il governo tedesco paga 400 marchi aggiuntivi per kW di potenza? Se no, allora conosci – Sua Maestà la pompa di calore. Le ragioni di tanta attenzione per la sua “persona” sono, ovviamente, nei suoi meriti. In questo articolo parleremo dei vantaggi e considereremo anche.

La pompa di calore è troppo costosa e non si ripaga da sola
L’attrezzatura di quali aziende è disponibile sul mercato?
Posso installarlo da solo??

La storia della creazione di una pompa di calore

Questa tecnologia risale al lontano 19° secolo, quando il fisico e ingegnere William Thompson sviluppò per la prima volta il concetto di pompa di calore. Quindi, per quasi un secolo, questa tecnologia è stata dimenticata e già negli anni ’40 del XX secolo l’idea di una pompa di calore è stata riportata in vita da Robert Weber. Ma a causa dello scarso interesse per le innovazioni nel campo della fornitura di calore, le pompe di calore non ricevono il meritato riconoscimento. E solo 30 anni dopo, il testimone nello sviluppo delle pompe di calore geotermiche è passato al Dr. James Bose dell’Università dell’Oklahoma. Ecco perché l’International Geothermal Heat Pump Association è stata fondata sulla base della stessa università, e il professor Bose è il direttore esecutivo di questa associazione. E poi: la politica di molti Paesi europei nel campo dell’ecologia ha di fatto lanciato il “volano” delle energie alternative e le cose sono andate avanti, i principali produttori mondiali si sono uniti allo sviluppo e alla produzione industriale. Grazie a questo, oggi abbiamo a disposizione sistemi con buone caratteristiche. Ma questo sarà discusso di seguito..

Sistemi a pompa di calore

Vediamo come funzionano le pompe di calore. Dal nome segue che pompa calore. Dove e dove? A seconda del sistema, il calore viene prelevato dalle seguenti fonti:

– aria;

– acqua;

– adescamento.

Ma bene, dirà il lettore, in estate a + 40 ° C, l’acqua può essere riscaldata. Ma a questa temperatura, abbiamo bisogno di un condizionatore d’aria, non di un sistema di riscaldamento. E come funziona il sistema fuori dalla finestra a -400C? Funziona allo stesso modo, ora vedremo come. Ma per questo è necessario considerare i componenti principali dell’unità. Può essere condizionatamente diviso in tre parti:

– circuito primario;

– circuito di compressione (in alcune versioni è previsto il riscaldamento);

– circuito di riscaldamento in cui il calore viene trasferito ai dispositivi di riscaldamento (caldaia, impianti di riscaldamento, ecc.).

Il circuito primario è predisposto per prelevare calore dall’ambiente. Ad esempio, terra. La sonda viene posata nel terreno ad una profondità da 1 a 3 metri, a seconda del livello di penetrazione del gelo. Il regime di temperatura è praticamente invariato e prenderemo circa + 80 ° C. Il liquido (refrigerante), assorbendo il calore della terra nel primo circuito e riscaldandosi fino a +80°C, entra nel secondo circuito, dove viene compresso con l’ausilio di un compressore. Il refrigerante è una sostanza molto sensibile alle condizioni di temperatura e ha un punto di ebollizione molto basso. Grazie a queste proprietà, viene effettuato un efficiente trasferimento di calore dalla sorgente al consumatore. Durante la compressione, ovvero aumentando la pressione, la temperatura del refrigerante aumenta più volte, a seconda del grado di compressione e di altri fattori. Successivamente, il refrigerante riscaldato entra nel circuito di riscaldamento, dove il calore viene trasferito direttamente e l’acqua nell’impianto di riscaldamento viene riscaldata. E poi – come un sistema di riscaldamento convenzionale. In questo caso, il refrigerante raffreddato entra attraverso la farfalla nel circuito primario con una temperatura inferiore alla temperatura del suolo. E inizia la catena di riscaldamento-raffreddamento sopra descritta. In termini generali, è così che funziona una pompa di calore..

Oltre a sfruttare l’energia geotermica della terra, le pompe vengono utilizzate anche sfruttando la temperatura dell’aria e dell’acqua. E anche sistemi con retromarcia. Il principio di funzionamento è pressoché identico a quello sopra descritto, ma ci sono alcune peculiarità. Rivolgiamo la nostra attenzione a loro.

Pompa di calore aria-aria:

-forse il tipo più economico;

-alta efficienza (ovvero, per 1 kW di elettricità consumata, ci sono fino a 5 kW di calore);

-il sistema ha un reverse (nella stagione calda funziona in modalità condizionatore);

– facilità e semplicità di installazione, rispetto ad altri tipi di pompe di calore.

Acqua della pompa di calore – acqua, qui, forse, tutto è molto più complicato che in altre opzioni. Il primo motivo della difficoltà è la presenza di invasi direttamente vicino casa, non sempre c’è. Ma anche nel caso in cui lo sia, sorgono una serie di problemi normativi, vale a dire atti legislativi locali sull’uso dei corpi idrici. Cioè, è necessaria l’autorizzazione per installare il sistema, che a sua volta significa camminare per gli uffici. Inoltre, il prezzo di un tale sistema è ordini di grandezza più costoso di un sistema che utilizza il calore dell’aria o del suolo. Perché – si vede chiaramente dai seguenti requisiti: una media di 30 W cade su 1 metro della tubazione, rispettivamente, per installare un sistema con una potenza di 5 kW, dovremo posare circa 150 – 170 metri del primario circuito. Un design molto ingombrante, vero? E il costo è molto alto. In parte, alcuni problemi di un tale sistema vengono risolti quando si utilizza l’acqua freatica, c’è una temperatura quasi costante da + 40 ° C e oltre, cioè il trasferimento di calore sarà maggiore, il filmato dei tubi è inferiore. In questo caso, si arriva alla conclusione che questo sistema è più adatto per grandi strutture, come i centri ricreativi sulla riva di un lago o sul mare. Pertanto, la parte del leone di tutti i sistemi a pompa di calore sono le pompe di calore geotermiche e ad aria..

E l’ultima sfumatura, è associata alla presenza di un rovescio nel sistema. Questa progettazione permette al sistema di funzionare in due modalità, come nel caso di un sistema aria-aria, riscaldamento con pompe di calore in inverno e raffrescamento in estate. Non entreremo in calcoli tecnici complessi, diremo solo che ciò si ottiene utilizzando uno scambiatore di calore nella direzione opposta. Cioè il calore dell’ambiente viene scaricato nel circuito primario e rilasciato nell’ambiente..

Come determinare la capacità di un impianto di riscaldamento geotermico?

In ogni caso, l’installazione della pompa di calore sarà effettuata da un’azienda da voi selezionata. Ti fornirà anche un calcolo accurato di tutti i parametri necessari. Tuttavia, sembra molto ragionevole dare un esempio di tali calcoli, quindi un potenziale cliente, anche prima di installare la pompa di calore, avrà un’idea di ciò di cui ha bisogno e di come apparirà in pratica.

Quindi iniziamo. La nostra casa condizionale ha una superficie di 100 m2. Successivamente, selezioniamo la nostra zona climatica: settentrionale o meridionale. Prendiamo come esempio la zona climatica settentrionale. Quando calcoliamo la potenza della caldaia per questa zona, prendiamo i seguenti valori di 1,5 – 2,0 kW per 10 m2 di area. Cioè, una caldaia convenzionale con un elemento riscaldante elettrico per il riscaldamento di 100 m2 per la regione settentrionale dovrebbe essere 10 × 1,5 = 15 kW di potenza totale. Non calcoleremo il volume del liquido nell’impianto di riscaldamento, in modo da non occupare spazio, basta notare che per un cottage convenzionale è approssimativamente uguale a 220 – 230 litri. Questi sono i parametri di un impianto di riscaldamento convenzionale.

Per quanto riguarda l’impianto a pompa di calore, consideriamo anche un impianto ad acqua calda, qui è un po’ più complicato. Prendiamo il sistema terra – acqua, ha le prestazioni più elevate: produce 4 kW di calore per 1 kW. Cioè, abbiamo bisogno della stessa capacità dell’impianto con una pompa di calore a 15 kW, ma in realtà il nostro impianto consumerà 3,7 kW di elettricità..

Allo stesso tempo, notiamo che questo sistema è più vantaggioso in combinazione con un sistema di riscaldamento a pavimento. La temperatura del circuito per il riscaldamento a pavimento ne richiede una piccola, di regola, non più di 550 ° C e l’area di dissipazione del calore è significativa. Ciò consente di risparmiare in modo significativo sia sull’attrezzatura che sul tempo per il riscaldamento della stanza..

Non verranno forniti calcoli di circuiti, sistemi riscaldati e altri dati tecnici. Questi dati non sono realmente necessari a una persona normale che non è coinvolta nella progettazione e installazione di tali sistemi..

Vantaggi delle pompe di calore

Ora è il momento di considerare le ragioni della crescente popolarità delle pompe di calore:

– la compatibilità ambientale, una delle caratteristiche più importanti, non vi è emissione di CO2 e altre sostanze nocive;
– sicurezza, no fuoco, no monossido di carbonio e altre delizie di altri tipi di caldaie;
– durata, per alcuni elementi il produttore promette 100 anni di funzionamento ininterrotto, ad esempio sonde di terra, la pompa stessa dura fino a 20 – 25 anni;
– basso costo del riscaldamento, paghiamo solo per il funzionamento del compressore, come si può vedere dai dati precedenti, almeno il riscaldamento costa 4 volte meno, e in alcuni casi, 7 volte;
– principio all-in-one: acqua calda, riscaldamento e raffrescamento;
– quasi completa autonomia della tua casa, ecc..

Pompa di calore: ammortamento, prezzo e i migliori produttori

Ci sono molte voci e speculazioni sul tema delle pompe di calore. Nella parte finale dell’articolo, cercheremo di dissipare alcune delle finzioni. Lo faremo sotto forma di una domanda – una risposta.

La pompa di calore è troppo costosa e non si ripaga da sola

Sì, diciamocelo, il prezzo del sistema morde, ma … E il prezzo di altri tipi di carburante non sta diminuendo, e se gli esperti hanno ragione e crescerà in futuro, quanto costerà la stagione di riscaldamento noi? In questa fase, queste tecnologie sono più probabilmente disponibili per le persone della classe media, ma questo è sempre il caso delle nuove tecnologie. Con la crescita del mercato, il prezzo diminuirà e nel prossimo futuro sarà disponibile per altre categorie della popolazione..

Inoltre, un tale progetto è quasi paragonabile alla costruzione di una casa, di norma è un acquisto a vita, il che significa che il prezzo è abbastanza accettabile. Inoltre, se non eseguiamo calcoli complicati per l’autosufficienza, vedremo la seguente immagine:

Il prezzo medio di un sistema per il riscaldamento di 100 m2 è nella regione di 6000 – 7000 USD. insieme all’installazione.

Il prezzo di una caldaia ad alta efficienza con resistenze elettriche è in media di 500 USD.

Calcoliamo ora il costo del riscaldamento per un periodo di 120 giorni:

Prendiamo condizionatamente il costo del riscaldamento con elettricità al giorno 15 × 15 = 225 kW, in dollari costerà 15 USD. in un giorno.
120 giorni × 15 c.u. = 1800 USD per la stagione di riscaldamento con un normale boiler elettrico.
ora possiamo tranquillamente ridurre questo importo di 4 volte e ottenere 450 USD. quando si utilizza una pompa di calore. Risparmiare $ 1350 all’anno, senza contare il riscaldamento dell’acqua calda e l’aria condizionata in estate.
ora dividiamo $ 7000 entro il 1350 e ottieni 5 anni, questo è il periodo di rimborso completo.

Non pretendiamo l’accuratezza accademica nei calcoli, sono più complicati e devono essere costantemente ricalcolati, poiché i prezzi sia dell’elettricità che del gas sono dinamici. Così come per impianti con pompe di calore. Allo stesso tempo, il consumo di energia dipende dalle condizioni e dall’isolamento delle aree riscaldate e molto altro. Per noi era importante dimostrare che sono interamente pagabili e, in futuro, non sono state ancora inventate alternative per loro..

L’attrezzatura di quali aziende è disponibile sul mercato?

Le seguenti aziende sono leader nella produzione di pompe di calore:

– ClimateMaster (oltre 50 anni nella produzione di pompe di calore, USA);

– Vaillant (il più grande produttore mondiale, con un fatturato di 2 miliardi di euro, 2,7 milioni di apparecchiature per il riscaldamento vendute all’anno, Germania);

– Heliotherm (azienda giovane, ma già insignita del “Hansjörg-Jäger Zukunftspreis 2007” (Premio Futuro), oltre 15.000 sistemi venduti e installati, Austria);

– NIBE AB (la sede principale dell’azienda si trova in Svezia, ma ha le sue suddivisioni in altri paesi europei, si distinguono per la loro elevata efficienza, il fatturato dalla vendita di pompe di calore supera 1 miliardo di euro all’anno);

– Stiebel Eltron (da quasi un secolo sviluppa e produce reti di ingegneria per la casa, Germania), ecc..

Tra i produttori nazionali si segnalano la società Korsa (si occupa di pompe di calore da più di 10 anni) ed Ecoteplo LLC (da più di 5 anni)..

Per quanto riguarda la valutazione delle pompe di calore, va menzionata la TOP-10 dell’Agenzia austriaca per l’energia. Le seguenti marche di pompe sono incluse nella valutazione:

Il leader è l’azienda svedese NIBE AB, occupa le prime tre posizioni ed è rappresentata dalle seguenti pompe: KNV F114512; KNV F1140 – 6 e KNV F1240 – 10;
La pompa di calore HP 16s18W – M-WEB dell’azienda austriaca HELIOTHERM è al quarto posto nella classifica;
L’azienda Viessman creata nel 1917 è rappresentata nel reyteng dal seguente modello Vitokal 300GBW 106;
VAILLANT è rappresentata dal marchio VWS 101/3;
OCHSNER GMLW 14 plus riconosciuta come la migliore pompa di calore ad aria.

Se diamo un’occhiata più da vicino a queste pompe di calore, vedremo molte proprietà uniche che sono state inserite dalle aziende manifatturiere..

Ad esempio, la pompa geotermica NIBE AB F114512, che ha conquistato posizioni di primo piano nella classifica. Si distingue, prima di tutto, per la sua “intelligenza”. È completamente automatizzato, la pompa può essere controllata dal telecomando, programmata. Facciamo un esempio della “mente” di questa pompa di calore, grazie ad un sistema di sensori di temperatura (uno in strada, l’altro in casa), l’automazione della caldaia regola autonomamente il funzionamento dell’impianto per il massimo comfort dell’utente. Oppure un sistema di sensori di tensione: in caso di sbalzi di tensione nella rete, o spegne l’apparecchiatura a scopo di protezione, o quando cade, disattiva parte delle sue funzioni, il tutto per comodità dell’utente.

Considera anche le caratteristiche della pompa di calore Viessman Vitokal 300GBW 106. Come il prodotto di cui sopra, è anche intelligente e facile da usare. Il suo sistema modulare rende l’installazione e la manutenzione del sistema molto più semplice ed economica. E grazie al sistema Natural Cooling, l’impianto, oltre a riscaldare, rinfresca l’abitazione. L’indubbio vantaggio è la completa silenziosità del lavoro..

E per concludere la rassegna con le caratteristiche della pompa di calore ad aria OCHSNER. Va notato che tra i clienti abituali dell’azienda ci sono acquirenti “rispettabili” come la NASA e l’esercito degli Stati Uniti, che, ovviamente, parlano della qualità dei prodotti. La pompa di calore GMLW 14 plus è la pompa ad aria più silenziosa sul mercato. La sua capacità è sufficiente per riscaldare una stanza con una superficie di 300 m2. La temperatura massima di riscaldamento raggiunge i 650C.

Va notato che il coefficiente di scambio termico di tutte le pompe di cui sopra è praticamente uguale a 5. Cosa significa? Ciò significa che con il consumo di 1 kW di energia elettrica, la pompa eroga 5 volte più energia in termini termici..

Posso installarlo da solo??

L’idea è, diciamo, allettante. Allo stesso tempo, risparmi davvero un sacco di soldi. Ma questo è un affare molto problematico. Ad esempio, per posare il circuito primario di una pompa di calore geotermica, sarà necessaria una perforatrice per realizzare dei pozzi nei quali sarà necessario calare la sonda. Sebbene le persone scavassero pozzi a mano…

Ma ancora non lo consigliamo, il terreno è diverso ovunque e la profondità della posa dovrebbe essere decente, almeno 3 metri per il geotermico. E se il terreno striscia, puoi rimanere sottoterra. Cioè, almeno hai bisogno di un escavatore, una piattaforma di perforazione – questo è per trincee e fosse. Per la posa in uno stagno o nelle acque sotterranee, una conversazione a parte.

Anche l’installazione, il collegamento e il riempimento del sistema devono essere eseguiti in conformità con la tecnologia, è necessario disporre dello strumento appropriato, ecc. No, non sosteniamo affatto che sia impossibile farlo da soli, le persone del video lo fanno. Così puoi. Ma per questo dovrai almeno familiarizzare con le tecnologie, almeno una volta vedere come verrà assemblato un tale sistema e solo dopo metterti al lavoro. E uno strumento per ottenere quello giusto.

Si dovrebbe anche menzionare una tale sfumatura: di norma, se l’installazione viene eseguita da artigiani non certificati, la garanzia del prodotto non si applica più. E in questo caso stiamo parlando di migliaia di dollari, ne vale la pena?

Ma questo argomento è interessante e forse nel prossimo articolo vedremo come collegare il più economico nell’installazione: una pompa di calore ad aria.

Più prendi dimestichezza con i sistemi a pompa di calore per il riscaldamento, più ti convinci che sono il futuro. Almeno fino a quando non inventeranno qualcosa di completamente rivoluzionario nei sistemi di riscaldamento. Ma questo è un argomento completamente diverso…