Il principio di funzionamento di una pompa di calore. Come funziona una pompa di calore? Schema e tecnologia di funzionamento di una pompa di calore Pompa di calore per acqua

Una pompa di calore è una buona alternativa al riscaldamento tradizionale di un'abitazione privata. Il dispositivo, utilizzato da 30 anni nei paesi occidentali, è ancora un prodotto nuovo in Russia. Un ostacolo alla sua diffusione sono due fattori: i costi elevati e la mancanza di informazioni sulle pompe di calore, sui loro vantaggi e sui principi di funzionamento. Un indicatore della praticità di un sistema di riscaldamento geotermico è la sua popolarità in Occidente. Pertanto, in Svezia e Norvegia, circa il 95% delle case sono riscaldate con pompe di calore. Ti invitiamo a familiarizzare più in dettaglio con la progettazione e i principi di funzionamento di questa apparecchiatura termica, che è sicuramente il futuro.

Cos'è una pompa di calore?

Una pompa di calore è un dispositivo che assorbe energia termica a basso potenziale dall'ambiente (acqua, terra, aria) e la cede ai sistemi di fornitura di calore a temperatura più elevata.

La natura intorno a noi è satura di energia. Anche il gelo ha calore. L'energia non può essere estratta dall'ambiente solo alla temperatura di -273 °C. Pertanto, anche nell'inverno più rigido, una casa di campagna può farlo essere riscaldato utilizzando l’energia ottenuta dalla natura.

A seconda della fonte di energia (acqua, terra, aria), si verifica modifica delle pompe di calore. Tuttavia, la più pratica e collaudata è la pompa di calore geotermica, che utilizza l’energia del suolo. È ideale per le condizioni russe.

Il riscaldamento geotermico funziona in tre modi:

L'uso del riscaldamento geotermico, come qualsiasi sistema di riscaldamento, non solo riscalderà la casa, ma fornirà anche acqua calda, riscalderà un parcheggio o una serra o riscalderà l'acqua in una piscina

Vantaggi dell'utilizzo di una pompa di calore

Principio di funzionamento di una pompa di calore

Il funzionamento di una pompa di calore può essere paragonato al funzionamento di un frigorifero convenzionale. Solo che invece del freddo, il dispositivo produce calore. La sostanza che trasferisce energia è freon- gas o liquido con basso punto di ebollizione. Quando evapora assorbe calore e quando si condensa lo rilascia.

La pompa di calore è l'elemento principale del sistema. Le sue dimensioni non superare le dimensioni di una lavatrice media, che facilita l'installazione del dispositivo. La pompa stessa è collegata a due circuiti: interno ed esterno.

Circuito internoè costituito da un impianto di riscaldamento domestico (tubazioni e radiatori). Contorno esterno situato nell'acqua o nel sottosuolo. Comprende un collettore dello scambiatore di calore e tubi che collegano il collettore alla pompa.

Le pompe di calore sono dotate di diversi dispositivi aggiuntivi. Può essere:

• dispositivo di comunicazione controllare il sistema tramite personal computer o telefono cellulare;
• unità di raffreddamento per sistema di raffreddamento locale o centralizzato;
• gruppo pompa aggiuntivo potrebbe essere necessario per il riscaldamento a pavimento;
• pompa di circolazione necessario per la circolazione dell'acqua calda;

Il processo di funzionamento della pompa consiste in diverse fasi:

1. Miscela antigelo viene fornito al collezionista. L'energia termica viene assorbita e trasportata alla pompa.
2. Nell'evaporatore, l'energia viene trasferita al freon, dove viene riscaldata fino a 8°C, bolle e si trasforma in vapore.
3. All’aumentare della pressione nel compressore, la temperatura aumenta. Può raggiungere i 70°C.
4. L'impianto di riscaldamento interno riceve energia termica condensatore. Il freon si raffredda istantaneamente e si trasforma in uno stato liquido, cedendo il calore rimanente. Poi torna al collezionista. Questo completa il ciclo.
5. Quindi il lavoro viene ripetuto secondo lo stesso principio.

Una pompa di calore funziona in modo più efficiente se in casa sono presenti pavimenti riscaldati. Il calore è distribuito uniformemente su tutta la superficie. Non ci sono zone di surriscaldamento. Il liquido di raffreddamento nel sistema raramente si riscalda oltre i 35 °C e il riscaldamento tramite riscaldamento a pavimento è considerato più confortevole a 33 °C. Si tratta di 2 °C in meno rispetto al riscaldamento con radiatori. Quindi sorge risparmi fino al 18% annuo dall’intero budget del riscaldamento. Inoltre, si ritiene che il riscaldamento a livello del pavimento sia più comodo per l'abitazione umana.

Il sistema di riscaldamento può essere monovalente o bivalente. I sistemi monovalenti hanno una fonte di riscaldamento. Soddisfa pienamente il fabbisogno di calore durante tutto l'anno. Quelli bivalenti, di conseguenza, hanno due fonti.

Riscaldamento della casa in inverno

Nelle aree con condizioni climatiche più severe, è importante utilizzare sistema di riscaldamento bivalente. A causa della seconda fonte di calore, l'intervallo di temperatura si espande. Il funzionamento di una pompa di calore è sufficiente solo fino ad una temperatura di -20 °C. Quando viene abbassato ulteriormente, vengono collegati una stufa elettrica, un caminetto, una caldaia a combustibile liquido o a gas. In questo caso la potenza della pompa di calore è limitata dalla massima richiesta invernale al 70 - 80%. Il 20-30% mancante viene fornito da una fonte di calore aggiuntiva. Questo riduce l’efficienza complessiva del sistema. Tuttavia il calo è insignificante.

Quando si passa completamente al riscaldamento di un edificio utilizzando un sistema geotermico (nel caso in cui non sia prevista l'installazione di una caldaia o di un elettrodomestico aggiuntivo), la pompa di calore viene utilizzata insieme ad un modulo interno contenente un piccolo riscaldatore elettrico incorporato. Supporterà il dispositivo quando la temperatura ambiente è sotto i -20°C.

In quali casi è giustificato l’uso di una pompa di calore?

La questione del riscaldamento di una casa di campagna comporta la considerazione di diverse opzioni:

• Gas. Se non c'è un gasdotto vicino alla casa, questo diventa impossibile. In alcune regioni è possibile acquistare solo gas in bombole.
• Carbone o legna da ardere. Con loro, il riscaldamento si trasforma in un processo ad alta intensità di manodopera e inefficace.
• Caldaia a combustibile liquido richiede costi elevati di carburante e locali speciali. Anche il carburante stesso richiede uno stoccaggio speciale, il che è scomodo in una piccola casa.
• Riscaldamento elettricoè molto costoso.

In questo caso, viene in soccorso sistema di riscaldamento geotermico. Viene utilizzato anche dove è disponibile il gas. L'installazione di una pompa di calore è più costosa dell'installazione di apparecchiature di riscaldamento a gas. In futuro, però, il gas dovrà essere continuamente pagato, a differenza dell'energia prelevata dall'ambiente.

Il rimborso di una pompa di calore è difficile da esprimere in un valore numerico medio. Tutto dipende dal suo costo iniziale. L'essenza dell'installazione di tale riscaldamento si riduce alla prospettiva. Nonostante la quantità consumata elettricità - 3-5 volte meno rispetto ad altri sistemi di riscaldamento, è comunque necessario calcolare in termini monetari tutti i costi energetici dell'anno e confrontarli con il costo dell'impianto, della sua installazione e funzionamento.

La massima efficienza nell'utilizzo di una pompa di calore può essere ottenuta seguendo le istruzioni due condizioni importanti:

• L'edificio riscaldato deve essere isolato e il tasso di perdita di calore non deve superare i 100 W/m2. Esiste un legame diretto tra il modo in cui è isolata la casa e quanto sarà vantaggioso installare una pompa di calore.
• Collegamento della pompa di calore a fonti di riscaldamento a bassa temperatura(convettori, pavimenti riscaldati), il cui intervallo di temperatura varia tra 30 e 40 °C.

Quindi, una pompa di calore sarà una buona alternativa ai metodi di riscaldamento tradizionali. Il dispositivo garantisce economico e completamente sicuro. Il proprietario, dopo aver installato un impianto di riscaldamento geotermico, non dovrà dipendere da diversi fattori esterni, come interruzioni della fornitura di gas o chiamate di servizio. L'energia prelevata dall'ambiente non è soggetta a pagamento e non è esaurita.

Secondo le previsioni del World Energy Committee, nel 2020 le pompe geotermiche rappresenteranno tre quarti di tutte le apparecchiature di riscaldamento.

Pratica di utilizzo delle pompe di calore: video

Oggi l’intero mondo civilizzato sta lottando per risparmiare risorse energetiche. Naturalmente, nessuno è ancora riuscito a creare una macchina a moto perpetuo, ma è già stata trovata una fonte di fornitura di calore quasi costante. Questo è il nostro ambiente:

• atmosfera;
• il suolo;
• acque sotterranee;
• corpi idrici naturali.

L’unica domanda che rimane è: come si può accumulare il calore dall’ambiente esterno e indirizzarlo verso i bisogni interni?

Per questi scopi viene utilizzata un'unità come una pompa di calore. In effetti, molte persone tecnicamente istruite lo sanno già: è implementato in qualsiasi moderno sistema di refrigerazione o climatizzazione.

Inoltre, questa unità funziona nel modo più diretto: in modalità riscaldamento accumulano il calore atmosferico esterno, trasferendolo ai dispositivi interni di trasferimento del calore - radiatori ventilati.

Va notato subito che l'utilizzo di un dispositivo del genere sarà efficace per riscaldare qualsiasi spazio isolato temperatura della fonte di calore superiore a un grado Celsius.

Il principio di funzionamento di questa unità è fondamentale sulla legge di Carnot. È basato su accumulo di energia termica di bassa qualità da parte del refrigerante con successivo trasferimento al consumatore.

1. Il refrigerante, che ha una temperatura più bassa, viene riscaldato da fonti esterne– suolo, pozzi profondi, serbatoi naturali, mentre passa allo stato gassoso di aggregazione.
2. Lui con la forza compresso dal compressore, riscaldandosi ancora di più, e acquisisce nuovamente uno stato liquido, rilasciando tutta l'energia termica accumulata nei radiatori di riscaldamento.
3. Il ciclo si ripete– il refrigerante liquido entra nuovamente nel circuito esterno dell’impianto, dove, evaporando, si carica di energia termica proveniente da fonti di calore esterne.

In questo caso viene consumata solo l'elettricità necessaria per la compressione e la circolazione del refrigerante nel sistema, ovvero il riscaldamento dell'interno viene effettuato nel modo più economico.

Tipologie di pompe di calore

Esistono tre modifiche principali delle pompe di calore:

• • • "acqua - acqua";
    • "acqua sporca";
    • "aria - acqua".

Generatori di calore acqua-acqua

Oggi, le unità a pompa di calore sono ampiamente utilizzate nei paesi europei altamente sviluppati. Per esempio, nei Paesi Bassi, intere comunità di cottage vengono riscaldate utilizzando questo dispositivo di scambio termico, poiché abbondano miniere geotermiche piene d'acqua con una temperatura costante di 32 gradi Celsius. E questa è praticamente una fonte di calore gratuita.

Una variazione simile di generazione di calore
l'apparecchiatura si chiama "acqua - acqua". Rientra in questa categoria qualsiasi tipologia di impianto termico utilizzato mezzi liquidi come fonti di energia termica.

Tipicamente questo principio di funzionamento viene implementato come segue:

• l'acqua calda dal pozzo viene fornita all'esterno, dopodiché viene scaricato in un altro pozzo o in un vicino specchio d'acqua.
• Il radiatore è montato sul fondo di un serbatoio privo di ghiaccio. È realizzato con tubo inossidabile o metallo-plastica. Inoltre, per risparmiare costoso refrigerante, il freon, viene spesso utilizzato circuito di raffreddamento intermedio riempito con “antigelo”- soluzione antigelo o glicole (antigelo).

Il costo delle unità acqua-acqua varia notevolmente e dipende, innanzitutto, dalla capacità di generazione di calore e dal paese di origine.

COSÌ, l'unità di fabbricazione russa di potenza più bassa, capace di sviluppare calore potenza di circa 6 kW, costerà quasi $ 2000 e le apparecchiature industriali a due compressori con una potenza superiore a 100 kW costeranno quasi trentamila dollari Stati Uniti d'America.

Unità aria-acqua

Quando si utilizza l'atmosfera o la luce solare come fonte di energia termica La pompa di calore è considerata della classe aria-acqua. In questo caso, sullo scambiatore di calore esterno viene spesso installata una ventola di circolazione, che pompa inoltre aria calda esterna.

Il costo di un apparecchio per il riscaldamento dell'aria da 18 kilowatt di questa classe prodotto in Russia parte da 5.000 dollari, mentre per un apparecchio da dodici kilowatt dell'azienda giapponese Fujitsu il consumatore dovrà pagare quasi 9.000 dollari.

Attrezzatura della classe "suolo - acqua".

C'è anche una variazione che utilizza fonte di energia termica potenziale accumulato nel terreno.
Esistono due tipi di tali strutture: verticale e orizzontale.

• Verticale— la disposizione del collettore di raccolta del calore è lineare. Tutto il sistema è posizionato in trincee verticali, la cui profondità è di 20...100 metri.
• Orizzontale- vengono posate le disposizioni esterne dei collettori, solitamente tubi metallo-plastici spiralati Scavi orizzontali da 2…4 metri. E in questo caso, Maggiore è la profondità del dissipatore esterno, migliore sarà il riscaldamento “da terra”..

Il prezzo per le unità della classe "suolo - acqua" è paragonabile a quello delle apparecchiature della stessa capacità della classe "acqua - acqua" e inizia da duemila dollari USA per una pompa da sei kilowatt.

Pro e contro di un sistema di riscaldamento basato su pompa di calore

Le proprietà positive delle pompe di calore includono:

Revisione: L'anno scorso ho acquistato una pompa di calore aria-acqua monoblocco per il riscaldamento di una casa di campagna. Costoso, ovviamente, ma spero che venga ripagato in 10 anni. Il fornitore ha installato personalmente la pompa e l'ha collegata all'impianto di riscaldamento, tutto funziona praticamente senza la mia partecipazione. Sono felice della scelta.

Gli svantaggi di una pompa di calore includono:

• Costo di installazione elevato. Per il normale funzionamento delle apparecchiature termiche, è necessario compiere sforzi significativi: scavare lunghe trincee, posare pozzi profondi o spesso superare distanze significative dallo specchio d'acqua più vicino.
• La necessità di un’implementazione di alta qualità del sistema. La minima perdita di refrigerante o di refrigerante intermedio può rovinare tutti gli sforzi. Pertanto, quando si realizza un circuito di qualsiasi variazione, è necessario utilizzare la manodopera di specialisti esclusivamente qualificati e durante il funzionamento del sistema eliminare il rischio della sua depressurizzazione.

Pompa di calore fai da te. Assemblaggio e installazione

Naturalmente, l'investimento iniziale nell'organizzazione del riscaldamento domestico utilizzando questa tecnologia è molto elevato. Pertanto, molte persone comuni interessate a questo sistema ultraeconomico desiderano risparmiare almeno un po' costruendolo da sole.

Per fare questo è necessario:

• Acquista un compressore. Andrà bene qualsiasi unità funzionale di un sistema di climatizzazione split domestico.
• Costruisci un condensatore. Nel caso più semplice, può essere il solito serbatoio in acciaio inox con un volume di 100 litri. Viene tagliato a metà e al suo interno è montata una bobina di tubo di rame di piccolo diametro. Lo spessore della parete della bobina deve essere di almeno un millimetro. Dopo aver sganciato la bobina è necessario saldare nuovamente il serbatoio in una struttura completa, rispettando le condizioni di tenuta.
• Assemblare l'evaporatore. Potrebbe trattarsi di un contenitore di plastica da 60-80 litri con un tubo da ¾ di pollice incorporato al suo interno.
• Per organizzare un contorno esterno situato nel terreno, è meglio usare il moderno– sono molto più durevoli di quelli classici in metallo e la loro installazione è molto più affidabile e veloce.

Non resta che invitare un tecnico delle apparecchiature di refrigerazione, in modo che, utilizzando attrezzature specializzate, sigillerà qualitativamente tutte le giunture del sistema e lo riempirà di freon.

Guarda un video sull'installazione di una pompa di calore Daikin Altherma:

Questo completa l'installazione dell'unità di generazione del calore. Puoi sfruttare tutti i suoi vantaggi, il principale dei quali è il basso consumo energetico: elettricità con una significativa capacità di generazione di calore.

Il World Energy Committee ha stilato una previsione per l’utilizzo delle fonti di calore per riscaldare gli edifici per il 2020. Si sostiene che nei paesi sviluppati, il 75% delle case sarà fornito di acqua calda e riscaldato dall'energia geotermica del pianeta.

Oggi in Svizzera il 40% delle nuove case sono dotate di pompe di calore, in Svezia questa percentuale è salita al 90%. La Russia e i paesi della CSI stanno introducendo meno spesso una pompa di calore per il riscaldamento domestico, anche se i primi appassionati stanno già utilizzando questo metodo, trasmettendo la loro esperienza ai seguaci.

Principi di lavoro

Per riscaldare un edificio, l'energia proveniente da una fonte a basso potenziale (temperatura) viene trasferita al consumatore tramite un refrigerante. Il processo tecnologico utilizza la legge della termodinamica, che garantisce l'equalizzazione delle energie termiche di due sistemi con temperature diverse: trasferimento di potenza da una fonte calda a un consumatore freddo.

Quando si utilizza il calore ambientale, la sua temperatura potenziale per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda aumenta.

La fonte di calore rigenerativo può essere:

• la superficie della terra o il suo volume;
• ambiente acquatico (lago, fiume);
• masse d'aria.

I modelli più popolari sono quelli che prendono energia dalla terra, la cui superficie è riscaldata dai raggi del sole e dall'energia del nucleo esterno ed interno del pianeta. Si notano:

1. la migliore combinazione di qualità del consumatore;
2. efficienza;
3. ad un prezzo.

Schemi di circolazione del liquido di raffreddamento

Quando una pompa di calore (HP) funziona, vengono utilizzati tre circuiti chiusi attraverso i quali circolano diversi liquidi/gas, ovvero refrigeranti. Ognuno di essi svolge le proprie funzioni.

Circuito di captazione del potenziale di energia della sorgente

Quando si preleva calore dall'aria, viene utilizzato il soffiaggio artificiale dell'alloggiamento dell'evaporatore con flussi d'aria provenienti dai ventilatori.

Un ciclo chiuso di un liquido refrigerante per il trasferimento di calore dall'ambiente acquatico o terrestre viene effettuato attraverso tubazioni che collegano la serpentina dell'evaporatore a un collettore incassato sul fondo del serbatoio o sepolto nel terreno a una distanza superiore al congelamento del suolo nel freddo estremo.

Come refrigeranti vengono utilizzati liquidi non congelanti a base di soluzioni acquose diluite di alcol. Di solito sono chiamati "antigelo" o "salamoia". Sotto l'influenza di una temperatura più elevata (≥+3ºС), salgono verso l'evaporatore, gli trasferiscono il calore e dopo il raffreddamento (≈-3ºС) ritornano per gravità alla fonte di energia, garantendo una circolazione continua.

Circuito interno

Un refrigerante a base di freon circola attraverso di esso, "aumentando" il calore a un livello più alto. Sotto l'influenza della temperatura, si trasforma successivamente nello stato gassoso e liquido.

Il circuito interno comprende:

• un evaporatore che prende energia dalle salamoie e la cede al freon, che bolle e diventa un gas rarefatto;
• un compressore che comprime il gas ad alta pressione. Allo stesso tempo, la temperatura del freon aumenta notevolmente;
• un condensatore in cui il gas caldo trasferisce la sua energia al liquido di raffreddamento del circuito di uscita e si raffredda, trasformandosi allo stato liquido;
• valvola a farfalla (valvola di espansione), riducendo il freon a causa di una differenza di pressione allo stato di vapore saturo per entrare nell'evaporatore. Quando il refrigerante passa attraverso un foro stretto, la pressione del refrigerante scende al valore iniziale.

Circuito di uscita

Qui circola l'acqua. Viene riscaldato in una serpentina del condensatore per l'uso in un sistema di riscaldamento idronico convenzionale. Con questo metodo la sua temperatura raggiunge circa 35ºС, il che ne determina l'utilizzo nel sistema “Warm Floor” con lunghe linee che permettono di trasferire uniformemente l'energia generata all'intero volume della stanza.

Utilizzare solo i radiatori per il riscaldamento, che creano minori volumi di scambio termico con lo spazio delle stanze, non è altrettanto efficace.

Progetto

L'industria produce modelli con caratteristiche prestazionali diverse, ma includono apparecchiature che svolgono i compiti tipici sopra descritti.

Come opzione di progettazione, la figura mostra una pompa di calore per il riscaldamento di una casa.

Qui, il calore proveniente da fonti geotermiche viene ricevuto attraverso le condotte di ingresso e nei fine settimana viene trasferito al sistema di riscaldamento domestico.

Il funzionamento della pompa di calore è assicurato da:

• sistema per il monitoraggio dei parametri e del controllo dei circuiti, compresi i metodi remoti via Internet;
• attrezzature aggiuntive (gruppi di lavaggio e riempimento, vasi di espansione, gruppi di sicurezza, stazioni di pompaggio).

Strutture terrestri

Utilizzano tre modelli di scambiatori di calore per prelevare energia dalla fonte:

1. localizzazione superficiale;
2. installazione di sonde di terra verticali;
3. approfondimento delle strutture orizzontali.

Il primo metodo è il meno efficace. Pertanto, viene utilizzato raramente per riscaldare una casa.

Installazione di sonde nei pozzi

Questo metodo è il più efficace. Prevede la realizzazione di pozzi a profondità di circa 50÷150 metri o più per ospitare una tubazione a forma di U in materiale plastico con diametro da 25 a 40 mm.

L'aumento della sezione trasversale del tubo e l'approfondimento del pozzo creano una migliore rimozione del calore, ma aumentano il costo della struttura.

Collettori orizzontali

Praticare i fori per le sonde è costoso. Pertanto, questo metodo viene spesso scelto perché più economico. Ti consente di cavartela scavando trincee al di sotto della profondità di congelamento del terreno.

Quando si progetta un collettore orizzontale, è necessario tenere conto di quanto segue:

1. conducibilità termica del suolo;
2. umidità media del suolo;
3. geometria del sito.

Influiscono sulle dimensioni e sulla configurazione del collettore. I tubi possono essere posati:

• anelli;
• zigzag;
• serpente;
• forme geometriche piatte;
• spirali elicoidali.

È importante capire che l'area del sito assegnata a un tale collezionista di solito supera le dimensioni delle fondamenta della casa di 2-3 volte. Questo è il principale svantaggio di questo metodo.

Collettori d'acqua

Questo è il metodo più economico, ma richiede l'ubicazione di un serbatoio profondo vicino all'edificio. Le tubazioni assemblate vengono posizionate e fissate con pesi sul fondo. Per un funzionamento efficiente della pompa di calore è necessario calcolare la profondità minima del collettore e il volume del serbatoio in grado di fornire la rimozione del calore.

Le dimensioni di tale struttura sono determinate da calcoli termici e possono raggiungere una lunghezza di oltre 300 metri.

La foto sotto mostra la preparazione delle linee per l'assemblaggio sul ghiaccio di un lago primaverile. Ti consente di valutare visivamente la portata del lavoro da svolgere.

Metodo dell'aria

Un ventilatore esterno o incorporato soffia l'aria dalla strada direttamente sull'evaporatore con freon, come in un condizionatore d'aria. In questo caso, non è necessario creare strutture ingombranti dai tubi e posizionarle nel terreno o nel serbatoio.

Una pompa di calore per il riscaldamento di una casa che funziona secondo questo principio è più economica, ma si consiglia di utilizzarla in un clima relativamente caldo: l'aria gelida non consentirà al sistema di funzionare.

Tali dispositivi sono ampiamente utilizzati per il riscaldamento dell'acqua nelle piscine o negli ambienti situati accanto a dispositivi industriali che sono costantemente coinvolti nel processo tecnologico e rilasciano calore nell'atmosfera con potenti sistemi di raffreddamento. Gli esempi includono autotrasformatori di potenza, stazioni diesel e caldaie.

Caratteristiche principali

Quando si sceglie un modello VT, è necessario considerare:

• potenza termica resa;
• rapporto di trasformazione della pompa di calore;
• efficienza condizionale;
• efficienza e costi annuali.

potenza di uscita

Quando si crea un nuovo progetto di casa, viene preso in considerazione il suo fabbisogno di calore, tenendo conto delle caratteristiche progettuali dei materiali che creano perdite di calore attraverso pareti, finestre, porte, soffitti e pavimenti di stanze di varie dimensioni. Il calcolo tiene conto della creazione di comfort in corrispondenza delle gelate più basse in una particolare area.

Il consumo di energia termica dell'edificio è espresso in kW. Deve essere coperto dall'energia generata dalla pompa di calore. Spesso però nei calcoli viene fatta una semplificazione che permette di risparmiare: la durata dei giorni più freddi dell'anno non supera alcune settimane. Durante questo periodo viene collegata un'ulteriore fonte di calore, ad esempio elementi riscaldanti che riscaldano l'acqua nella caldaia.
Funzionano solo in situazioni critiche durante le gelate e sono spenti per il resto del tempo. Ciò consente l'utilizzo di TV con potenze inferiori.

Possibilità di progettazione

Per riferimento. I modelli con una potenza di uscita di 6÷11 kW di circuiti “salamoia-acqua” sono in grado di riscaldare l'acqua dai serbatoi integrati in edifici relativamente piccoli. Una potenza di 17 kW è sufficiente per mantenere una temperatura dell'acqua di 65ºC in un boiler dalla capacità di 230÷440 litri.
Il fabbisogno termico di edifici di medie dimensioni copre una potenza di 22÷60 kW.

Coefficiente di trasformazione delle pompe di calore Ktr

Determina l'efficienza della struttura utilizzando la formula adimensionale:

Ktr=(Tout-Tout)/Tout

Il valore “T” indica la temperatura dei liquidi refrigeranti all'uscita e all'ingresso della struttura.

Coefficiente di conversione energetica (ͼ)

Viene calcolato per determinare la proporzione della potenza termica utile rispetto all'energia applicata al compressore.

ͼ=0,5T/(T-To)=0,5(ΔT+To)/ΔT

Per questa formula, la temperatura del consumatore “T” e della sorgente “To” è determinata in gradi Kelvin.

Il valore ͼ può essere determinato dalla quantità di energia spesa per il funzionamento del compressore “Rel” e dalla potenza termica utile risultante “Rn”. In questo caso si chiama “COP”, abbreviazione del termine inglese “Coefficient of performance”.

Il coefficiente ͼ è un valore variabile in funzione della differenza di temperatura tra la sorgente e l'utenza. È designato dai numeri da 1 a 7.

Efficienza condizionale

Questa è un'affermazione falsa: il fattore di efficienza tiene conto delle perdite di potenza durante il funzionamento del dispositivo finale.
Per determinarlo è necessario dividere la potenza termica resa per quella applicata, tenendo conto dell'energia delle fonti geotermiche. Con questo calcolo una macchina a moto perpetuo non funzionerà.

Efficienza annuale e costi

Il coefficiente COP valuta le prestazioni di una pompa di calore in un determinato momento in condizioni operative specifiche. Per analizzare le prestazioni di HP è stato introdotto un indicatore annuale di efficienza del sistema (β).

Qui il simbolo Qwp indica la quantità di energia termica prodotta all'anno e Wel è il valore dell'elettricità consumata dall'impianto nello stesso tempo.

Indicatore di costo Eq

Questa caratteristica è l'opposto dell'indicatore di efficienza.

Per determinare le caratteristiche di HP vengono utilizzati software specializzati e banchi di fabbrica.

Caratteristiche distintive

Vantaggi

Riscaldare una casa con la pompa di calore rispetto ad altri sistemi ha:

1. buoni parametri ambientali;
2. lunga durata delle apparecchiature senza manutenzione;
3. la possibilità di passare semplicemente dalla modalità riscaldamento in inverno all'aria condizionata in estate;
4. elevata efficienza annua.

Screpolatura

In fase di progetto e durante il funzionamento è necessario tenere conto:

1. difficoltà nell'eseguire calcoli tecnici accurati;
2. costo elevato delle attrezzature e dei lavori di installazione;
3. la possibilità della formazione di “ingorghi d'aria” dovuti a violazioni della tecnologia di posa delle condotte;
4. temperatura limitata dell'acqua in uscita dal sistema (≤+65ºС);
5. rigorosa individualità di ogni progetto per qualsiasi edificio;
6. la necessità di ampie aree per i collettori ad eccezione della costruzione di strutture su di esse.

Breve elenco dei produttori

Le moderne pompe di calore per il riscaldamento domestico sono prodotte da aziende come:

• Bosch – Germania;
• Waterkotte - Germania;
• Gruppo WTT OY - Finlandia;
• ClimateMaster – Stati Uniti;
• ECONAR – USA;
• Dimplex - Irlanda;
• Produzione FHP - Stati Uniti;
• Gustrowr – Germania;
• Heliotherm - Austria;
• IVT - Svezia;
• LEBERG – Norvegia.

Sempre più utenti Internet sono interessati a metodi di riscaldamento alternativi: pompe di calore.

Per la maggior parte si tratta di una tecnologia completamente nuova e sconosciuta, motivo per cui sorgono domande come: "Che cos'è?", "Che aspetto ha una pompa di calore?", "Come funziona una pompa di calore?" eccetera.

Qui cercheremo di fornire risposte semplici e accessibili a tutte queste e molte altre domande relative alle pompe di calore.

Cos'è una pompa di calore?

Pompa di calore- un dispositivo (in altre parole, una “caldaia termica”) che sottrae il calore dissipato dall'ambiente (suolo, acqua o aria) e lo trasferisce al circuito di riscaldamento della vostra abitazione.

Grazie ai raggi del sole, che penetrano continuamente nell'atmosfera e nella superficie terrestre, si verifica un costante rilascio di calore. In questo modo la superficie terrestre riceve energia termica tutto l'anno.

L'aria assorbe parzialmente il calore dall'energia dei raggi solari. La restante energia solare termica viene quasi completamente assorbita dalla terra.

Inoltre, il calore geotermico proveniente dalle viscere della terra assicura costantemente la temperatura del suolo di +8°C (a partire da una profondità di 1,5-2 metri e inferiore). Anche in inverno freddo, la temperatura nelle profondità dei serbatoi rimane nell'intervallo di +4-6°C.

È questo calore di bassa qualità del suolo, dell'acqua e dell'aria che la pompa di calore trasferisce dall'ambiente al circuito di riscaldamento di una casa privata, avendo precedentemente aumentato il livello di temperatura del liquido di raffreddamento ai +35-80°C richiesti.

VIDEO: Come funziona una pompa di calore acqua di falda?

Cosa fa una Pompa di Calore?

Pompe di calore- motori termici progettati per produrre calore utilizzando un ciclo termodinamico inverso. trasferire l'energia termica da una fonte a bassa temperatura a un sistema di riscaldamento a temperatura più elevata. Durante il funzionamento di una pompa di calore si verificano costi energetici che non superano la quantità di energia prodotta.

Il funzionamento di una pompa di calore si basa su un ciclo termodinamico inverso (ciclo di Carnot inverso), costituito da due isoterme e due adiabati, ma a differenza del ciclo termodinamico diretto (ciclo di Carnot diretto), il processo procede in senso opposto: antiorario.

Nel ciclo di Carnot inverso l’ambiente agisce come una fonte di calore freddo. Quando funziona una pompa di calore, il calore proveniente dall'ambiente esterno viene ceduto all'utenza a causa del lavoro svolto, ma ad una temperatura più elevata.

È possibile trasferire calore da un corpo freddo (suolo, acqua, aria) solo attraverso il dispendio di lavoro (nel caso di una pompa di calore, il dispendio di energia elettrica per il funzionamento di un compressore, di pompe di circolazione, ecc.) o un altro processo di compensazione.

Una pompa di calore può anche essere chiamata "frigorifero al contrario", poiché una pompa di calore è la stessa macchina di refrigerazione, solo che a differenza di un frigorifero, una pompa di calore prende il calore dall'esterno e lo trasferisce nell'ambiente, cioè riscalda l'ambiente (un frigorifero si raffredda prelevando calore dalla camera di refrigerazione e espellendolo attraverso il condensatore).

Come funziona una Pompa di Calore?

Ora parliamo di come funziona una pompa di calore. Per comprendere il principio di funzionamento di una pompa di calore, dobbiamo capire diverse cose.

1. La pompa di calore è in grado di estrarre calore anche a temperature inferiori allo zero.

La maggior parte dei futuri proprietari di case non riesce a comprendere il principio di funzionamento (in linea di principio, di qualsiasi pompa di calore ad aria), perché non capisce come il calore possa essere estratto dall'aria a temperature inferiori allo zero in inverno. Torniamo alle basi della termodinamica e ricordiamo la definizione di calore.

Calore- una forma di movimento della materia, che è un movimento casuale delle particelle che formano un corpo (atomi, molecole, elettroni, ecc.).

Anche a 0°C (zero gradi Celsius), quando l’acqua ghiaccia, c’è ancora calore nell’aria. È significativamente inferiore rispetto, ad esempio, alla temperatura di +36˚С, ma tuttavia, a temperature zero e negative, si verifica il movimento degli atomi e quindi viene rilasciato calore.

Il movimento delle molecole e degli atomi si arresta completamente alla temperatura di -273˚C (meno duecentosettantatre gradi Celsius), che corrisponde allo zero assoluto (zero gradi sulla scala Kelvin). Cioè, anche in inverno, a temperature sotto lo zero, nell'aria c'è un calore di bassa qualità che può essere estratto e trasferito in casa.

2. Il fluido di lavoro nelle pompe di calore è il refrigerante (freon).

Cos'è un refrigerante? Refrigerante- una sostanza di lavoro in una pompa di calore che rimuove il calore dall'oggetto raffreddato durante l'evaporazione e trasferisce il calore al mezzo di lavoro (ad esempio acqua o aria) durante la condensazione.

La particolarità dei refrigeranti è che sono in grado di bollire sia a temperature negative che relativamente basse. Inoltre, i refrigeranti possono passare dallo stato liquido a quello gassoso e viceversa. È durante la transizione dallo stato liquido a quello gassoso (evaporazione) che il calore viene assorbito e durante la transizione dallo stato gassoso a quello liquido (condensazione) avviene il trasferimento di calore (rilascio di calore).

3. Il funzionamento di una pompa di calore è reso possibile dai suoi quattro componenti chiave.

Per comprendere il principio di funzionamento di una pompa di calore, il suo dispositivo può essere suddiviso in 4 elementi principali:

1. Compressore, che comprime il refrigerante per aumentarne la pressione e la temperatura.
2. Valvola di espansione- una valvola termostatica che riduce drasticamente la pressione del refrigerante.
3. Evaporatore- uno scambiatore di calore in cui un refrigerante a bassa temperatura assorbe calore dall'ambiente.
4. Condensatore- uno scambiatore di calore in cui il refrigerante già caldo, dopo la compressione, cede calore all'ambiente di lavoro del circuito di riscaldamento.

Sono questi quattro componenti che permettono alle macchine frigorifere di produrre freddo e alle pompe di calore di produrre calore. Per capire come funziona ogni componente di una pompa di calore e perché è necessario, ti suggeriamo di guardare un video sul principio di funzionamento di una pompa di calore geotermica.

VIDEO: Principio di funzionamento della pompa di calore Acqua di falda

Principio di funzionamento di una pompa di calore

Cercheremo ora di descrivere in dettaglio ogni fase del funzionamento della pompa di calore. Come accennato in precedenza, il funzionamento delle pompe di calore si basa su un ciclo termodinamico. Ciò significa che il funzionamento di una pompa di calore è costituito da diverse fasi del ciclo che si ripetono più e più volte in una determinata sequenza.

Il ciclo di lavoro di una pompa di calore può essere suddiviso nelle seguenti quattro fasi:

1. Assorbimento del calore dall'ambiente (ebollizione del refrigerante).

L'evaporatore (scambiatore di calore) riceve il refrigerante, che è allo stato liquido e ha una bassa pressione. Come già sappiamo, alle basse temperature il refrigerante può bollire ed evaporare. Il processo di evaporazione è necessario affinché la sostanza assorba calore.

Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore viene trasferito da un corpo a temperatura elevata a un corpo a temperatura inferiore. È in questa fase del funzionamento della pompa di calore che il refrigerante a bassa temperatura, passando attraverso uno scambiatore di calore, toglie calore al liquido refrigerante (salamoia), che precedentemente saliva dai pozzi, dove portava via il calore di bassa qualità della pompa di calore. del terreno (nel caso di pompe di calore geotermiche Acqua di falda).

Il fatto è che la temperatura del suolo sotterraneo in qualsiasi periodo dell'anno è di + 7-8 ° C. Quando vengono utilizzate, vengono installate sonde verticali attraverso le quali circola la salamoia (liquido di raffreddamento). Il compito del liquido di raffreddamento è riscaldarsi alla massima temperatura possibile mentre circola attraverso le sonde profonde.

Quando il liquido refrigerante ha assorbito calore dal terreno, entra nello scambiatore di calore della pompa di calore (evaporatore) dove “incontra” il refrigerante, che ha una temperatura inferiore. E secondo la seconda legge della termodinamica, avviene lo scambio di calore: il calore della salamoia più riscaldata viene trasferito al refrigerante meno riscaldato.

Ecco un punto molto importante: l'assorbimento del calore è possibile durante l'evaporazione di una sostanza e viceversa, il trasferimento di calore avviene durante la condensazione. Quando il refrigerante viene riscaldato dal liquido di raffreddamento, cambia il suo stato di fase: il refrigerante passa dallo stato liquido allo stato gassoso (il refrigerante bolle ed evapora).

Dopo aver attraversato l'evaporatore il refrigerante è in fase gassosa. Non si tratta più di un liquido, ma di un gas che ha assorbito calore dal liquido di raffreddamento (salamoia).

2. Compressione del refrigerante tramite compressore.

Nella fase successiva, il refrigerante entra nel compressore allo stato gassoso. Qui il compressore comprime il freon che, a causa di un forte aumento di pressione, si riscalda fino a una certa temperatura.

Il compressore di un normale frigorifero domestico funziona in modo simile. L'unica differenza significativa tra un compressore per frigorifero e un compressore a pompa di calore è la prestazione notevolmente inferiore.

VIDEO: Come funziona un frigorifero con compressore

3. Trasferimento di calore all'impianto di riscaldamento (condensa).

Dopo la compressione nel compressore, il refrigerante, che ha una temperatura elevata, entra nel condensatore. In questo caso, un condensatore è anche uno scambiatore di calore in cui, durante la condensazione, il calore viene trasferito dal refrigerante al mezzo di lavoro del circuito di riscaldamento (ad esempio, acqua in un sistema a pavimento riscaldato o radiatori di riscaldamento).

Nel condensatore il refrigerante passa nuovamente dalla fase gassosa alla fase liquida. Questo processo è accompagnato dal rilascio di calore, che viene utilizzato per il sistema di riscaldamento della casa e per la fornitura di acqua calda (ACS).

4. Ridurre la pressione del refrigerante (espansione).

Ora il refrigerante liquido deve essere preparato per ripetere il ciclo operativo. A tale scopo, il refrigerante passa attraverso la stretta apertura della valvola di espansione (valvola di espansione). Dopo aver "spinto" attraverso la stretta apertura della valvola a farfalla, il refrigerante si espande, con conseguente caduta di temperatura e pressione.

Questo processo è paragonabile alla spruzzatura di un aerosol da una bomboletta spray. Dopo la spruzzatura la bomboletta si raffredda per un breve periodo. Cioè, si è verificato un forte calo della pressione dell'aerosol a causa della pressione verso l'esterno e anche la temperatura diminuisce di conseguenza.

Ora il refrigerante è di nuovo sotto una pressione tale da poter bollire ed evaporare, cosa necessaria per assorbire il calore dal liquido di raffreddamento.

Il compito della valvola di espansione (valvola di espansione termostatica) è ridurre la pressione del freon espandendola all'uscita da un foro stretto. Ora il freon è pronto per bollire di nuovo e assorbire calore.

Il ciclo si ripete nuovamente finché l'impianto di riscaldamento e acqua calda sanitaria non riceve la quantità di calore richiesta dalla pompa di calore.

• Principio di funzionamento delle pompe di calore
• Circuito di riscaldamento
• Vantaggi e svantaggi delle pompe di calore
• Segreti fatti in casa

Come funziona

Una pompa di calore o geotermica raccoglie l'energia termica dall'ambiente, la converte utilizzando il refrigerante e la fornisce al sistema di riscaldamento domestico.

I componenti principali dell'unità: compressore, scambiatore di calore, pompa di circolazione, automazione, circuito di alimentazione. La pompa è in grado di prelevare calore da tre fonti.

• Aria.
• Acqua.
• Adescamento.

A giudicare dai thread di discussione, abbiamo due opzioni richieste: acqua e suolo. Ciò è dovuto ai limiti di temperatura: la fonte deve essere positiva. La posizione del circuito di alimentazione può essere orizzontale o verticale. Nel primo caso, la linea principale viene posata al di sotto del livello di congelamento, a una profondità di 1,5 metri. Oppure sul fondo del serbatoio, anche in caso di forti gelate - fino a + 4⁰С. La lunghezza del circuito dipende dalle dimensioni dell'ambiente riscaldato e dalla potenza della pompa. Nel secondo vengono perforati pozzi per le sonde, la profondità media è di 50-70 metri. Piastrov A V, uno dei membri del forum e proprietario di una pompa di calore, ha descritto così il sistema verticale.

Piastrov A V Membro di FORUMHOUSE

Il calore viene raccolto da sonde geotermiche, una tubazione ad anello attraverso la quale circola il glicole etilenico. Scendono in pozzi profondi 50-70 metri. Questo è un circuito esterno e il numero di pozzi dipende dalla potenza della pompa di calore. Per una casa con una superficie quadrata di 100 metri, avrete bisogno di due sonde: due pozzi.

Circuito di riscaldamento

Una pompa di calore, a differenza delle caldaie a gas, carbone o elettricità, riscalda il fluido a una temperatura media di 40⁰C. Questa è la temperatura ottimale alla quale sia l'usura delle apparecchiature che il consumo di elettricità sono minimi. Per i radiatori convenzionali, tali indicatori non sono sufficienti. Pertanto, con una pompa di calore, di solito non vengono utilizzati tubi e batterie, ma un pavimento caldo. È più efficiente riscaldare il liquido di raffreddamento in questo modo. Solo il passo tra i tubi dovrebbe essere più piccolo. Vale la pena considerare che i pavimenti riscaldati creano restrizioni nella scelta dei mobili e seccano l'aria. Sarà necessaria ulteriore umidità. In estate, i pavimenti possono funzionare per il raffreddamento.

Vantaggi e svantaggi

Il vantaggio principale di una pompa di calore è la sua elevata efficienza: per ogni kilowatt di elettricità consumata produce circa 5 kW di calore. In più nessuno sforzo fisico durante il lavoro, zero sprechi e monossido di carbonio.

Inoltre, non vi è alcuna dipendenza dai lavoratori del gas e nessuna richiesta di approvazione alle autorità. E i requisiti per il locale caldaia non sono così rigidi. Dopo l'avvio, i costi operativi sono minimi. Si paga solo l'elettricità; una pompa elettrica media consuma circa 4 kW all'ora. I modelli moderni sono pulsati, non funzionano continuamente, ma si accendono quando necessario. Ciò riduce il numero di ore di lavoro per stagione e i costi energetici.

Lo svantaggio principale del riscaldamento geotermico è il prezzo: anche un apparecchio cinese o domestico, per non parlare dei marchi europei, costa diverse migliaia di euro. Insieme alla sistemazione del circuito esterno e dell'installazione, il piacere comporterà centinaia di migliaia di rubli. Secondo i calcoli di esperti e proprietari, la pompa si ammortizza in pochi anni. Funziona a fonte gratuita, rispetto al costo di una tonnellata di carbone o di un metro cubo di legna da ardere, il risparmio è notevole. Ma non tutti hanno mezzo milione in più per attrezzature e messa in servizio.

Se c'è uno specchio d'acqua vicino al sito, risulta essere molto più economico e non è necessario spendere per costose perforazioni.

I pozzi operativi inoltre ottimizzano il processo diventando una fonte di calore. Ciò è confermato da un membro del forum det Maros da Ust-Kamenogorsk. Lavora presso un'azienda che produce pompe di calore e fornisce servizi di installazione. Pertanto, comprende a fondo la situazione e ha risposto alla domanda di un partecipante al thread se ha bisogno di sonde se ci sono pozzi sul sito, e ha risposto in modo esauriente.

det maros FORUMHOUSE Membro

Perché preoccuparsi delle sonde se c'è abbastanza acqua. Guiderai da un pozzo all'altro attraverso l'HP. Armeggiamo con le sonde quando non c'è acqua nella zona o il palo è piccolo e non copre il fabbisogno. Una pompa da 10 kW richiede un volume di 3 metri cubi.

Segreti fatti in casa

Ma il risparmio maggiore si ottiene assemblando da soli la pompa di calore. L'unità principale, il compressore, è presa da potenti condizionatori d'aria e sistemi split; i loro parametri tecnici sono simili. Gli scambiatori di calore vengono venduti già pronti, ma alcuni artigiani riescono a saldarli da tubi di rame. Il freon viene utilizzato come refrigerante; viene venduto anche in bombole. Controller, relè, stabilizzatori, tutti gli elementi singolarmente costeranno la metà rispetto a un kit già pronto.

Molto spesso, i progetti fatti in casa vengono organizzati su stagni o quando esiste già un pozzo. A causa del fatto che la maggior parte delle spese ricade sui lavori di scavo e su di essi il risparmio è massimo.

Artigiano aparat2, di Riga, ha raccolto lui stesso l'attrezzatura geotermica e ha pubblicato un reportage fotografico al riguardo, con una descrizione dettagliata di tutte le operazioni.

aparat2 FORUMHOUSE Membro

Ho assemblato un HP da due compressori monofase da 24.000 BTU ciascuno (7 kW h. nella stagione fredda). Il risultato è stato una cascata con una potenza termica di 16-18 kilowatt, con un consumo elettrico di circa 4,5 kW orari. Ho scelto due compressori in modo che le correnti fossero più basse, non li accenderò contemporaneamente. Nel frattempo solo il secondo piano è abitato e basta un compressore. E, dopo aver sperimentato uno, migliorerò il secondo progetto.

Inoltre, il membro del forum ha deciso di non spendere soldi per scambiatori di calore a piastre già pronti. Sono esigenti in termini di trattamento delle acque e costano molto. Ha combinato uno scambiatore fatto in casa con una batteria per aumentare la resa. Il risultato è stato un'installazione funzionante, molte volte più economica di quella acquistata.

Tuttavia, le pompe di calore rappresentano un’opzione alternativa quando non è disponibile il gas e ci sono grandi superfici riscaldate. Anche se assembli tu stesso il sistema, i costi per i componenti sono notevoli. Puoi studiare l'argomento più da vicino sul thread, lì ci sono molti consigli utili, gli utenti del forum condividono le loro esperienze e discutono vari modelli. ti aiuterà a capire l'assemblaggio. E le opzioni per riscaldare una grande casa senza gas nel video ne sono un chiaro esempio. Per i proprietari di case in legno - video