Clima

Sistema di riscaldamento a pompa di calore

La situazione è tale che il modo più popolare per riscaldare una casa al momento è utilizzare 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 hanno ricevuto una distribuzione capillare, e invano. Per chi ama e sa calcolare tutto in anticipo, i suoi 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 protezione ambientale, ma consente anche di risparmiare risorse energetiche, poiché diventano ogni anno più costose. Inoltre, con l’aiuto delle pompe di calore, non solo puoi riscaldare la stanza, ma anche riscaldare l’acqua calda per le esigenze domestiche e condizionare la stanza nella calura estiva..

Come funziona la pompa di calore

Soffermiamoci un po’ più in dettaglio sul principio di funzionamento di una pompa di calore. Ricorda come funziona il frigorifero. Il calore dei prodotti posti al suo interno viene pompato e scaricato al radiatore posto sulla parete posteriore. È facile verificarlo toccandolo. I condizionatori d’aria domestici hanno un principio simile: pompano il calore fuori dalla stanza e lo riversano su un radiatore situato sulla parete esterna dell’edificio..

Il funzionamento della pompa di calore, del frigorifero e del condizionatore è basato sul ciclo di Carnot.

La pompa di calore necessita di elettricità per funzionare. Ma questo è ancora molto più redditizio rispetto all’utilizzo solo di un riscaldatore elettrico. Poiché una caldaia elettrica o un riscaldatore elettrico spende esattamente la stessa quantità di elettricità che emette calore. Ad esempio, se una potenza di 2 kW è scritta su un riscaldatore, spende 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, vengono utilizzati 5,5 kW/h per azionare il compressore e la pompa e si ottengono 17 kW/h di calore. È questa alta efficienza il principale vantaggio della pompa di calore..

Vantaggi e svantaggi del sistema di riscaldamento a “pompa di calore”

Ci sono molte leggende e malintesi sulle pompe di calore, nonostante non si tratti di un’invenzione così innovativa e high-tech. Con l’aiuto delle pompe di calore, vengono riscaldati tutti gli stati “caldi” degli Stati Uniti, praticamente tutta l’Europa e il Giappone, dove la tecnologia è stata elaborata quasi all’ideale e per molto tempo. A proposito, non pensare che tale attrezzatura sia una tecnologia puramente straniera e sia venuta da noi abbastanza di recente. In effetti, anche in URSS, tali unità sono state utilizzate in strutture sperimentali. Un esempio di ciò è il sanatorio Druzhba nella città di Yalta. Oltre che per l’architettura avveniristica, che ricorda una “capanna sulle cosce di pollo”, questo sanatorio è famoso anche per il fatto che dagli anni ’80 del XX secolo al suo interno sono state utilizzate pompe di calore industriali. La fonte di calore è il vicino mare e la stessa stazione di pompaggio non solo riscalda tutti i locali del sanatorio, ma fornisce anche acqua calda, riscalda l’acqua della piscina e la raffredda durante un periodo caldo. Quindi proviamo a sfatare i miti e determinare se ha senso riscaldare la tua casa in questo modo..

Vantaggi dei sistemi di riscaldamento a pompa di calore:

Risparmio energetico. In connessione con l’aumento dei prezzi del gas e del gasolio, un vantaggio molto rilevante. Nella colonna “spese mensili” verrà elencata solo l’energia elettrica che, come abbiamo già scritto, necessita di 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 emesso e l’energia spesa. Ad esempio, se = 4, con un consumo di 1 kW / h otteniamo 4 kW / h di energia termica.
Risparmio di manutenzione. La pompa di calore non richiede alcun trattamento speciale. I costi di manutenzione sono minimi.
Può essere installato in qualsiasi luogo. Le fonti di calore a bassa temperatura per il funzionamento della pompa di calore possono essere suolo, acqua o aria. Ovunque costruisci una casa, anche su un terreno roccioso, c’è sempre l’opportunità di trovare “cibo” per l’unità. In una zona lontana 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 mantenere il compressore in funzione..
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 a pompa di calore è automatizzato.
Puoi partire per molto tempo e non aver paura che il sistema si blocchi. Allo stesso tempo, puoi risparmiare denaro installando una pompa per fornire una temperatura di + 10 ° С nel soggiorno..
Sicuro per l’ambiente. Per fare un confronto, quando si utilizzano caldaie tradizionali che bruciano carburante, si formano sempre vari ossidi di CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, di conseguenza sul terreno intorno alla casa si depositano acidi fosforico, nitroso, solforico e composti benzoici. Non viene emesso nulla quando la pompa di calore è in funzione. E i refrigeranti utilizzati nel sistema sono assolutamente sicuri.
Ciò include anche la conservazione delle risorse naturali insostituibili del pianeta..
Sicurezza per persone e cose. In una pompa di calore, nulla si surriscalda abbastanza da causare surriscaldamento o un’esplosione. Inoltre, non c’è semplicemente nulla da esplodere in esso. Quindi può essere attribuito a unità completamente ignifughe..
Le pompe di calore funzionano con successo anche a temperature ambiente di -15°C. Quindi, se a qualcuno sembra che un tale sistema possa riscaldare una casa solo in regioni con inverni caldi fino a +5 ° C, allora si sbagliano.
Reversibilità della pompa di calore. Un indiscutibile vantaggio è la versatilità dell’unità, con l’aiuto della quale è possibile riscaldare sia in inverno che rinfrescare in estate. Nelle giornate calde, la pompa di calore preleva calore dall’ambiente e lo dirige nel terreno per lo stoccaggio, da dove lo riprenderà in inverno. Si prega di notare che non tutte le pompe di calore sono reversibili, solo alcuni modelli.
Durata. Con la dovuta cura, le pompe di calore dell’impianto di riscaldamento possono vivere da 25 a 50 anni senza grandi riparazioni, e solo una volta ogni 15-20 anni sarà necessario sostituire il compressore.

Svantaggi degli impianti 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 USD), oltre alla disposizione del sistema geotermico, dovrai spendere non meno della pompa stessa. Un’eccezione è la pompa di calore ad aria, che non richiede lavori aggiuntivi. La pompa di calore non si ripaga 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 la fornitura di una conduttura del gas e il suo allacciamento costano quanto una pompa di calore, ha senso privilegiare quest’ultima..

Nelle regioni in cui la temperatura in inverno scende al di sotto di -15 ° C, è necessario utilizzare una fonte di calore aggiuntiva. Questo è chiamato un sistema di riscaldamento bivalente, in cui una pompa di calore fornisce calore mentre è fino a -20 ° C all’esterno e quando si guasta, ad esempio, viene collegata una stufa elettrica o una caldaia a gas o un generatore di calore.

È più consigliabile utilizzare la pompa di calore in impianti con un vettore di calore a bassa temperatura, come sistema di riscaldamento a pavimento (+35°C) e ventilconvettori (+35 – +45 °C). Ventilconvettori sono un ventilconvettore in cui il calore/freddo viene trasferito dall’acqua all’aria. Dotare un tale sistema in una vecchia casa richiederà una completa riqualificazione e ricostruzione, che comporterà costi aggiuntivi. Questo non è uno svantaggio quando si costruisce una nuova casa..
La compatibilità ambientale delle pompe di calore che prelevano calore dall’acqua e dal suolo è in qualche modo relativa. Il fatto è che nel processo di lavoro, lo spazio attorno ai tubi con il liquido di raffreddamento si raffredda e questo viola l’ecosistema stabilito. Infatti, anche nelle profondità del suolo, vivono microrganismi anaerobici, fornendo l’attività vitale di sistemi più complessi. D’altra parte, rispetto alla produzione di gas o petrolio, il danno di una pompa di calore è minimo..

Valuta tutti i pro e i contro per prendere la decisione giusta.

Fonti di calore per funzionamento in pompa di calore

Le pompe di calore prelevano calore da fonti naturali che accumulano la radiazione solare durante la stagione calda. Le pompe di calore differiscono a seconda della fonte di calore..

adescamento

Il terreno è la fonte di calore più stabile che si accumula nel corso della stagione. A una profondità di 5 – 7 m, la temperatura del suolo è quasi sempre costante e pari a circa +5 – + 8 ° , ea una profondità di 10 m è sempre costante + 10 ° . Ci sono due modi per raccogliere il calore dal terreno.

Collettore di terra orizzontale è 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 scaldarsi più velocemente in primavera. Ci sono momenti in cui è dotato di un collettore orizzontale a due strati..

I tubi collettori orizzontali sono disponibili in diversi diametri di 25 mm, 32 mm e 40 mm. Anche la forma del loro layout può essere diversa: serpente, anello, zigzag, varie spirali. La distanza tra i tubi nel serpente dovrebbe essere di almeno 0,6 m e di solito 0,8 – 1 m.

La rimozione del calore specifico da ogni metro lineare del tubo dipende dalla struttura del terreno:

Sabbia asciutta – 10 W / m;
Argilla secca – 20 W / m;
L’argilla è più bagnata – 25 W / m;
Argilla ad altissimo contenuto d’acqua – 35 W/m.

Per riscaldare una casa con una superficie di 100 m2, a condizione che il terreno sia argilloso umido, avrai bisogno di 400 m2 di terreno per il collettore. Questo è parecchio – 4 – 5 are. E dato che in questo sito non dovrebbero esserci edifici e sono consentiti solo un prato e aiuole con fiori annuali, non tutti possono permettersi di dotare un collettore orizzontale.

Un liquido speciale scorre attraverso i tubi del collettore, è 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 convogliato alla pompa di calore, dove lo cede al refrigerante. La “salamoia” raffreddata ritorna nel collettore di terra.

Sonda di terra verticale è un sistema di tubi interrati a 50 – 150 m, può essere un solo tubo a forma di U, calato a una grande profondità di 80 – 100 m e riempito di calcestruzzo. O forse un sistema di tubi a forma di U, abbassati di 20 m per raccogliere energia da un’area più ampia. La perforazione a una profondità di 100 – 150 m non è solo costosa, ma richiede anche un permesso speciale, motivo per cui spesso vanno al trucco e equipaggiano diverse sonde poco profonde. La distanza tra tali sonde è di 5 – 7 m..

La rimozione del calore specifico dal collettore verticale dipende anche dalla roccia:

Rocce sedimentarie secche – 20 W / m;
Rocce sedimentarie sature di acqua e terreno sassoso – 50 W / m;
Terreno sassoso con un alto coefficiente di conduttività termica – 70 W / m;
Acqua sotterranea (crimpata) – 80 W / m.

L’area per un collettore verticale è molto piccola, ma il costo della loro disposizione è superiore a quello di un collettore orizzontale. Il vantaggio del collettore verticale è anche una temperatura più stabile e una maggiore potenza termica..

Acqua

Esistono molti modi per utilizzare l’acqua come fonte di calore.

Collettore sul fondo di un serbatoio antigelo aperto – fiumi, laghi, mari – rappresenta tubi con “salamoia”, sommersi con l’aiuto del carico. A causa dell’elevata temperatura del liquido di raffreddamento, questo metodo è il più redditizio ed economico. Solo coloro da cui il serbatoio non dista più di 50 m possono attrezzare il collettore dell’acqua, altrimenti si perderà l’efficienza dell’impianto. Come capisci, non tutti hanno tali condizioni. Ma non usare le pompe di calore per i residenti costieri è solo miope e stupido..

collettore di fogna o le acque reflue dopo gli impianti tecnici possono essere utilizzate per il riscaldamento di case e persino grattacieli e imprese industriali all’interno della città, nonché per la preparazione di acqua calda. Cosa si sta facendo con successo in alcune città della nostra Patria.

Pozzo o acqua di falda usato meno frequentemente rispetto ad altri collezionisti. Un tale sistema implica 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, può esserci un pozzo di filtrazione. In ogni caso, il pozzo di scarico dovrebbe essere posizionato a una distanza di 15 – 20 m dal primo e anche a valle (anche le acque sotterranee hanno un proprio corso). Questo sistema è abbastanza difficile da usare, poiché la qualità dell’acqua fornita deve essere monitorata – deve essere filtrata e le parti della pompa di calore (evaporatore) devono essere protette dalla corrosione e dall’inquinamento..

Aria

Il design più semplice è sistema di riscaldamento a pompa di calore ad aria. Non è necessario alcun collettore aggiuntivo. L’aria dall’ambiente va direttamente all’evaporatore, dove cede il suo calore al liquido di raffreddamento, che a sua volta trasferisce il calore al liquido di raffreddamento all’interno della casa. Può essere aria per ventilconvettori o acqua per riscaldamento a pavimento e radiatore..

Il costo di installazione di una pompa di calore ad aria è il più basso, ma le prestazioni dell’impianto dipendono molto 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 al di sotto di -15 ° C, le prestazioni diminuiscono così tanto che non ha senso utilizzare una pompa, ma è più redditizio accendere un riscaldatore o una caldaia elettrica convenzionale.

Le recensioni sulle pompe di calore ad aria per il riscaldamento sono molto controverse. Tutto dipende dalla regione del loro utilizzo. È utile utilizzarli in regioni con inverni caldi, ad esempio a Sochi, dove non è nemmeno necessaria una fonte di calore duplicata 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 è fino a -15 ° C. Ma in un clima umido e freddo, tali installazioni soffrono di ghiaccio e congelamento. I ghiaccioli che si attaccano alla ventola impediscono il normale funzionamento dell’intero sistema.

Riscaldamento a pompa di calore: costo impianto e costi di esercizio

La potenza della pompa di calore viene selezionata in base alle funzioni che le verranno assegnate. Se solo il riscaldamento, i calcoli possono essere effettuati in un calcolatore speciale che tiene conto delle perdite di calore dell’edificio. A proposito, le migliori prestazioni di una pompa di calore con una perdita di calore dell’edificio non superiore a 80 – 100 W / m2. Per semplicità, supponiamo che sia necessaria una pompa da 10 kW per riscaldare una casa di 100 m2 con soffitti alti 3 m e una perdita di calore di 60 W/m2. 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 costruttore. Ad esempio, un’unità da 16 kW di fabbricazione russa costerà $ 7.000, mentre una pompa straniera da 17 kW RFM 17 costa circa $ 13.200. con tutte le relative apparecchiature, ad eccezione del collettore.

La prossima linea di spese sarà disposizione del collettore. Dipende anche dalla capacità dell’impianto. Ad esempio, per una casa di 100 m2, in cui sono installati ovunque riscaldamento a pavimento (100 m2) o radiatori per riscaldamento di 80 m2, nonché per riscaldare l’acqua a +40 ° C con un volume di 150 l / h, sarà essere necessario perforare pozzi per i collettori. Un tale collettore verticale costerà $ 13.000..

Un collettore sul fondo del serbatoio costerà un po’ meno. Alle stesse condizioni, costerà $ 11.000. Ma è meglio chiarire il costo dell’installazione di un sistema geotermico in aziende specializzate, può essere molto diverso. Ad esempio, la disposizione di un collettore orizzontale per una pompa con una potenza di 17 kW costerà solo 2.500 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 disposizione del collezionista è di 6000 USD. media.

Il costo mensile del riscaldamento con pompa di calore include solo costi dell’elettricità. Puoi calcolarli in questo modo: il consumo di energia deve essere indicato sulla pompa. Ad esempio, per la suddetta pompa da 17 kW, il consumo di energia è di 5,5 kW / h. In totale, il sistema di riscaldamento funziona 225 giorni all’anno, vale a dire. 5400 ore. Tenendo conto del fatto che la pompa di calore e il compressore al suo interno funzionano ciclicamente, il consumo di energia deve essere dimezzato. Durante la stagione di riscaldamento, verranno spesi 5400 h * 5,5 kW / h / 2 = 14850 kW.

Moltiplichiamo il numero di kWt consumati per il costo del vettore energetico nella tua regione. Ad esempio, $ 0,05. per 1 kW/ora. In totale, saranno spesi 742,5 USD per l’anno. Per ogni mese, in cui la pompa di calore ha funzionato per il riscaldamento, ci sono 100 dollari. costi dell’energia elettrica. Se dividi i costi per 12 mesi, ottieni 60 USD al mese..

Si prega di notare che minore è il consumo di energia della pompa di calore, minori sono i costi mensili. Ad esempio, ci sono pompe da 17 kW, che consumano solo 10.000 kW all’anno (costa $ 500). 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 il riscaldamento a pavimento e i ventilconvettori. Sebbene sia possibile installare anche radiatori per riscaldamento standard con un vettore di calore 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 l’acqua calda..

Le pompe di calore sono utili se utilizzate in sistemi bivalenti. Oltre alla pompa, può essere installato un collettore solare, che sarà in grado di fornire completamente elettricità alla pompa in estate, quando funzionerà per il raffreddamento. Per la sicurezza invernale, è possibile aggiungere un generatore di calore, che riscalderà l’acqua per la fornitura di acqua calda e radiatori ad alta temperatura.