Pompa di calore fai da te

Il riscaldamento con una pompa di calore non è solo redditizio, ma anche pratico. Nel contesto di un costante aumento dei prezzi dell’energia, le fonti autonome possono fornire calore a una casa e ridurre significativamente i costi dell’elettricità. Inoltre, il dispositivo è facilmente collegabile secondo il principio di una caldaia a doppio circuito al sistema di approvvigionamento idrico e fornisce acqua calda.

Sommario:

Base teorica

Il principio di una pompa di calore è che il dispositivo estrae calore da un luogo e lo trasferisce a un altro, ad es. utilizza le leggi della fisica geotermica. Se consideriamo il più semplice possibile il principio di funzionamento di una pompa di calore, allora si tratta di un sistema di tubazioni in cui scorre un liquido antigelo. Viene riscaldato da fonti di calore esterne, quindi passa alla pompa, cede calore all’impianto di riscaldamento e ritorna alla fonte termica.

Esistono due grandi gruppi di tali apparecchiature:

• pompe di calore industriali;
• pompe di calore domestiche.

Il lavoro di una pompa di calore di tipo industriale si basa sull’estrazione di calore dal terreno. Per questo, i pozzi vengono perforati a una profondità di diversi chilometri, in cui vengono installate spirali metalliche. Attraverso di essi il calore viene ceduto al circuito termico, al quale è collegata la pompa di calore. Questo metodo è il più efficace perché ha il più alto livello di efficienza. Tuttavia, il costo di installazione dell’apparecchiatura raggiunge i 10-15 mila dollari USA. Questa circostanza ha contribuito alla comparsa di pompe domestiche, meno efficienti, ma anche più economiche..

Dispositivo a pompa di calore per uso domestico

La pompa di calore è composta da tre parti principali:

• contorno del suolo;
• contorno del freon;
• circuito di riscaldamento.

Il profilo del suolo è la parte più semplice della struttura. È un sistema di tubazioni installate nel terreno o in uno specchio d’acqua in cui circola una salamoia antigelo. La sua temperatura varia da -3 a -5 gradi Celsius. Non vi è alcuna differenza fondamentale nel regime di temperatura, poiché la salamoia può essere riscaldata da fonti di calore esterne solo a zero..

Questa temperatura è sufficiente per far bollire il freon, che si trasforma in uno stato gassoso già a una temperatura di -2. Inoltre, il vapore di freon viene trasferito al compressore, che accumula pressione e liquefa il refrigerante. In questo stato, la temperatura del freon sale a +100 gradi.

Inoltre, l’acqua bollente viene trasferita all’impianto di riscaldamento, riscalda l’acqua nei radiatori, si raffredda e ritorna al circuito del freon. Pertanto, il consumo di energia avviene solo per il funzionamento del compressore. Considerando che la sua potenza raramente supera 1 kW, va detto che una pompa di calore in termini di consumo di energia elettrica è simile a una caldaia, ma a differenza di essa è in grado non solo di riscaldare l’acqua, ma anche di riscaldare tutta la casa.

Tipi di pompe di calore domestiche

È consuetudine distinguere tre tipi di apparecchiature termiche:

• anello aperto;
• a ciclo chiuso e idroscambiatore;
• ad anello chiuso e scambiatore orizzontale.

Un circuito aperto presuppone che lo scambiatore di calore sia collegato a una fonte di acqua freatica. Quando si utilizza una pompa, questo metodo consente di fornire alla casa non solo acqua, ma anche calore..

In un ciclo chiuso con scambiatore idraulico, il liquido di raffreddamento è installato in un serbatoio chiuso. I tubi della salamoia non hanno un contatto diretto con l’acqua, il calore viene trasferito attraverso il corpo. Adatto per case con stagni o vicino a fiumi.

Lo scambiatore di calore orizzontale è una versione semplificata di una pompa di calore industriale. I tubi sono installati a una profondità di pochi metri, ma questo è sufficiente per un riscaldamento di alta qualità di 80-100 mq. M. Se nel sistema è installata una pompa di circolazione, la profondità viene aumentata a 250-300 M. Considerando che la temperatura inferiore sarà di circa 15-18 gradi, l’efficienza della pompa di calore aumenterà in modo significativo. Ma va tenuto presente che anche il costo dell’elettricità sarà più elevato, poiché la pompa di circolazione funziona esclusivamente dalla rete..

Circuito pompa di calore

Oggi ci sono due modelli più comuni:

• condensatore;
• su piastre Peltier.

Per cominciare, consideriamo il principio di funzionamento di una pompa di calore basata sull’elettrodinamica. Esso consiste in:

• piastre con rivestimenti che differiscono nei diversi livelli di energia degli elettroni;
• cavi di alimentazione;
• condensatore di calore;
• Alimentazione AC da 12V.

Il sistema a pompa di calore è estremamente semplice da utilizzare. Sotto l’influenza della corrente, una delle piastre si riscalda, la seconda si raffredda, quando la polarità cambia, i lati freddo e caldo cambiano. I condensatori si trovano su entrambi i lati delle piastre, che accumulano calore e lo trasferiscono al sistema di riscaldamento.

Con evidenti vantaggi, quali:

• silenziosità;
• facilità di installazione;
• taglia piccola.

C’è uno svantaggio significativo: efficienza molto bassa. Per combattere questo problema, è necessario aumentare l’area delle piastre e questo, a sua volta, porterà a maggiori costi energetici. Considerando che nel nostro paese non è un piacere economico, è più efficiente utilizzare una normale pompa di calore a condensatore.

Pompa di calore chiavi in ​​mano fai da te

Per assemblare una pompa di calore avrai bisogno di:

• tubi dell’acqua;
• tubi in metallo-plastica per riscaldamento;
• compressore;
• capacità per un vaso di espansione;
• capacità del condensatore;
• salamoia;
• freon;
• Alimentazione elettrica;
• serbatoio di freon.

Nella prima fase, dovrai assemblare un circuito di scambio di calore:

1. Determinare la fonte termica: terra o serbatoio.

2. Portiamo i tubi alla sorgente termale.

3. Colleghiamo il tubo di calore al vaso di espansione con freon.

Nella seconda fase, assembliamo il sistema di circolazione:

1. Colleghiamo il serbatoio con freon al compressore, per questo l’uscita del gas deve essere situata nella parte superiore del vaso di espansione.

2. Colleghiamo il tubo ad alta pressione al compressore.

3. Colleghiamo il compressore e il condensatore con un tubo, che deve essere separato da uno starter.

4. Dal condensatore, facciamo uno scarico di ritorno al compressore e al vaso di espansione.

Fase finale – collegamento riscaldamento:

1. È necessario collegare il portatore di calore al condensatore, di norma è l’acqua.

2. Dal serbatoio con il liquido di raffreddamento, realizzare le tubazioni per il riscaldamento.

3. Collegare i radiatori.

Importante: viene considerato il sistema più semplice per creare una pompa di calore. Per il suo normale funzionamento, sarà necessaria un’installazione aggiuntiva di una pompa di circolazione, che garantirà il movimento dell’acqua nel sistema.

La pompa di calore, la cui installazione è descritta sopra, può essere ulteriormente potenziata con una pompa dell’acqua. Questo è vero se ci sono molte acque sotterranee nella regione. In questo caso, il sistema dovrà essere rielaborato:

1. Il tubo di pompaggio deve essere arrotolato in un anello sotto il serbatoio con freon.

2. Durante il funzionamento della pompa, l’acqua salirà attraverso questo tubo, che dovrebbe entrare nel serbatoio di distribuzione.

3. Ha senso installare un tee dal serbatoio, separatamente per il riscaldamento, separatamente per l’approvvigionamento idrico della casa.

Importante: si presume che il serbatoio fungerà da contenitore per il liquido di raffreddamento, quindi la sua dimensione dovrebbe essere proporzionale alla potenza della pompa.

Pompa di calore: calcolo dell’efficienza

Secondo molti esperti, l’efficienza delle pompe di calore è 2-3 volte superiore a quella delle caldaie a gas. Se prendiamo il costo delle risorse energetiche, allora non ci sono obiezioni. Ma vale comunque la pena verificare le reali possibilità di questa invenzione..

Per calcolare l’energia termica necessaria per riscaldare 1 metro cubo. m di acqua, useremo la formula standard in fisica:

Q = c * m * (t2-t1)

• c è la capacità termica specifica della sostanza;
• m è la massa; calcolato dalla formula – m = p * V, dove p è la densità della sostanza, V è il volume;
• t2 è la temperatura desiderata;
• t1 – temperatura del liquido di raffreddamento.

Sostituiamo valori specifici sotto la formula:

• Q = 4183 * 1000 (1 metro cubo) * (60-10);
• Q = 209,15 mJ, che è approssimativamente pari a 58,6 kWh.

Come si evince dal calcolo, la potenza della pompa di calore per un riscaldamento efficiente dell’ambiente dovrebbe essere di circa 60 kW/h, a patto che nell’impianto circoli 1 metro cubo. m di acqua.

Ora calcoliamo gli indicatori di potenza reale per il freon. Per non addentrarci troppo nella matematica, componiamo un’equazione semplice ma chiara:

• 209150000 = 2010 * x * 100;
• x = 209150000/2010/100;
• x = 1040,55.

In questo calcolo, x è massa. Devi conoscere il volume:

• V = m / p;
• V = 1040,55 / 196,2;
• V = 5,3 metri cubi m di gas o 1,2 metri cubi. m. liquido.

Come si può vedere dai calcoli, saranno necessari 5,3 metri cubi per il normale riscaldamento della stanza. m vapore di freon. Il valore è piuttosto arbitrario, poiché dipende dalla temperatura, dalla pressione nel sistema, dalla qualità del freon e da molti altri indicatori. Tuttavia, questo calcolo si basa su valori di riferimento, esclusi i fattori ambientali. L’indicatore esatto è calcolato secondo l’equazione di Clapeyron-Mendeleev.

Nonostante la convenzionalità dei calcoli, si può vedere che per garantire la temperatura del liquido di raffreddamento ai 60 gradi standard, sarà necessario più freon dell’acqua nel sistema. Ne consegue direttamente che una pompa di calore veramente efficace deve avere dimensioni sufficientemente grandi, altrimenti ci sarà carenza di calore..

Una soluzione definitiva sarà utilizzare altri refrigeranti, ad esempio a base di ammoniaca o loro analoghi, dove la temperatura del vapore può essere significativamente superiore a 100 gradi Celsius. Ad esempio, se scaldi il vapore a 200 gradi, il rapporto cambierà di circa ¾, a favore del refrigerante.

Il sistema specifico della pompa di calore dipende da molti fattori e richiede una seria ricerca matematica, poiché senza questo il riscaldamento non sarà efficace. Per i calcoli, è meglio rivolgersi a esperti o consultare un insegnante di fisica della scuola, poiché la maggior parte delle formule rientra nel programma delle classi 8-9. Non è pratico fornire esempi specifici nell’articolo, poiché è impossibile generalizzare le formule per ogni singolo caso..

Riscaldare una casa con una pompa di calore: prezzo

Prima di iniziare a cercare esperti nel campo della termodinamica, è necessario completare da soli una semplice procedura: calcolare l’elettricità consumata e il costo di produzione della pompa.

Considerando il valore di mercato dei materiali da costruzione, sarà necessario investire circa 600-800 dollari. Inoltre, è necessario acquistare un compressore di qualità. La sostituzione del riscaldamento non viene presa in considerazione, poiché dipende da desideri specifici. Ad esempio, un radiatore in alluminio per 10 sezioni costerà $ 80-150.

Ma questo è un investimento una tantum. I costi energetici sono calcolati in base alla capacità del compressore:

• moltiplicare la potenza nominale per il tempo di funzionamento;
• potenza nominale – potenza del compressore;
• tempo di funzionamento – il periodo in cui il dispositivo consuma elettricità.

Pertanto, un compressore con una potenza di 1 kW per 12 ore di funzionamento continuo caricherà 12 kW di elettricità..

Se assumiamo che il compressore funzioni quasi costantemente, il consumo giornaliero sarà di circa 20 kW. Per un mese ottieni un consumo di 600 kW. Se contiamo alla tariffa più alta per Mosca, risulta 600 * 4,68 = 2748 rubli. Per confronto, 1 metro cubo. m di gas costa 3,87 rubli. Con riscaldamento a gas di alta qualità 600 metri cubi. m è sufficiente per 2-3 mesi.

Considerando che la maggior parte dei compressori ha una potenza superiore a 2 kW, l’efficienza del riscaldamento è messa in discussione. La soluzione al problema sono le fonti di elettricità indipendenti.

Sulla base di quanto sopra, l’installazione di una pompa di calore rimane una questione controversa. A determinate condizioni, ripaga sicuramente e abbastanza rapidamente. D’altra parte, prestazioni di alta qualità richiederanno ingenti costi finanziari e l’installazione di apparecchiature aggiuntive..