Pompa di calore fai da te: caratteristiche del circuito, efficienza e periodo di ammortamento

Una pompa di calore (HP) è una soluzione innovativa, efficiente, ecologica ed economica per la generazione di calore per le esigenze di produzione di acqua calda (ACS) e riscaldamento. Il principio del suo funzionamento è semplice. Il dispositivo preleva calore dagli ambienti naturali (aria, terra, acqua) e lo fornisce all'impianto di riscaldamento (OS) e alla fornitura di acqua calda.

Il vettore di calore interno (ammoniaca o altro refrigerante) preleva energia dall'ambiente e la trasporta all'evaporatore. In lui il refrigerante viene convertito da liquido a gas per evaporazione. Nella fase successiva, il volume del vettore di calore gassoso diminuisce e, quindi, la sua temperatura aumenta.

Nel condensatore circola il liquido di raffreddamento caldo, il cui rilascio di calore entra nell'impianto di riscaldamento della casa. La valvola di espansione raffredda nuovamente il refrigerante e avvia un nuovo ciclo di riscaldamento, creando un sistema di riscaldamento estremamente efficiente.

Schemi di collegamento fonte di riscaldamento ed efficienza

L'efficienza di tale pompa è determinata confrontando la quantità di energia generata dal dispositivo e la quantità di elettricità consumata per le proprie esigenze. Prima di tutto, dipende dalla temperatura esterna. In modalità riscaldamento calo delle prestazioni del sistemaquando la temperatura esterna scende. In climi freddi alle temperature più basse possibili, un tale sistema richiede un riscaldamento di riserva aggiuntivo quando da solo non può fornire abbastanza calore per mantenere la temperatura sanitaria dell'aria in la stanza.

Esistono diverse fonti di calore per gli impianti di riscaldamento:

• Aria;
• Il suolo;
• Acque sotterranee.

Semplici calcoli mostrano che se una caldaia a gas naturale ad alta efficienza può funzionare con efficienza del 93%, TS "aria-aria" - del 180% e TS "acqua sotterranea" può raggiungere un'efficienza fino a 400%.

Pompe di calore acqua-acqua

Le pompe acqua-acqua convertono l'energia ottenuta dalle fonti d'acqua naturali per il circuito di riscaldamento interno. Gli impianti idrotermali utilizzano le acque sotterranee per le esigenze di:

• riscaldamento dell'edificio;
• raffreddare l'edificio;
• Fornitura di acqua calda sanitaria;
• riscaldamento acqua per piscine.

Le pompe estraggono energia termica dalle acque sotterranee utilizzando pozzi, sistemi di drenaggio e altri sistemi idrici. L'energia ricevuta attraverso il sistema di trasferimento del calore viene ceduta all'acqua circolante nell'impianto di riscaldamento della casa. L'acqua refrigerata ritorna nella falda acquifera orizzonte attraverso il pozzo di scarico. L'efficienza degli impianti idrotermali ad acqua HP è assicurata dalla temperatura costante delle falde acquifere durante tutto l'anno, solitamente a livello di 8-13 C.

Queste condizioni creano un sistema di riscaldamento stabile ad alte prestazioni e lo rendono indipendente dalle condizioni atmosferiche esterne. Pertanto, le pompe acqua-acqua sono le più efficienti e hanno un coefficiente di prestazione (COP) costante garantito. COP mostra il rapporto tra energia termica (kW) all'energia elettrica consumata dalla pompa di calore (kW) per le proprie esigenze di provvedere al riscaldamento dell'edificio.

Quando la temperatura è compresa tra 8-13 C e la temperatura di mandata è è 35 C, coefficiente COP = 5 ÷ 7. In questo caso, per ogni kilowatt di energia elettrica speso per il controllo HP, otteniamo energia gratuita 5 ÷ 7 kWsufficiente per mantenere un regime termico sanitario in una stanza con una superficie di circa 60 m².

L'industria produce un'ampia gamma di pompe acqua-acqua, che vengono utilizzate con successo nei sistemi di fornitura di calore e climatizzazione di edifici bassi unifamiliari e plurifamiliari, nonché alberghi, scuole, edifici per uffici e impianti industriali. Una limitazione nell'uso di questo tipo di HP può essere la disponibilità di permessi per l'installazione di un pozzo.

Applicazione di sistemi geotermici per la fornitura di calore

L'uso dell'energia geotermica (vicino alla superficie) è un'altra area efficace di pompaggio. È in fase di posa interrata un sistema di tubazioni con una lunghezza di circa 100 metri, che accumula il calore del terreno. Le condizioni del suolo determinano quanti sistemi geotermici è necessario garantire il carico di riscaldamento della casa. In caso di grandi aree, in alternativa è possibile utilizzare il calore dei collettori sotterranei vicini provenienti dal teleriscaldamento o dall'approvvigionamento idrico.

Il circuito in pompa di calore funziona benissimo in estate in modalità aria condizionata. Dopo aver raccolto il calore dal terreno, questa energia viene prelevata dalla pompa e fornita al sistema di riscaldamento interno. Le pompe geotermiche richiedono un investimento maggiore nell'installazione rispetto alle pompe ad aria, ma forniscono una potenza di riscaldamento costante perché il suolo ha temperature costanti durante tutto l'anno. In questo modo è garantita la produzione continua di energia.

Come installare un impianto geotermico? L'installazione di un impianto geotermico può andare in diverse direzioni:

1. I tubi dello scambiatore di calore sono posizionati orizzontalmente, hanno una lunghezza della trincea di centinaia di metri. Un tale schema richiede una quantità significativa di lavori di sterro e porta a una violazione del paesaggio locale. Inoltre, in futuro, questo pezzo di terra sarà problematico da utilizzare per spazi verdi perenni.
2. I tubi dello scambiatore di calore sono disposti verticalmente, ad anello fino a 10 metri. L'opzione più lunga e costosa.
3. I tubi dello scambiatore di calore si trovano sotto l'acqua di un serbatoio situato vicino alla casa. L'opzione più economica.

Vantaggi:

1. Modulazione del compressore infinitamente variabile per una panoramica della capacità monitorata.
2. Consumi energetici e costi ridotti rispetto alle pompe di calore tradizionali.
3. Alta efficienza energetica.
4. Maggiore durata utile grazie alla procedura di avvio graduale.
5. Temperatura di riscaldamento in uscita fino a 60 C.
6. COP> 7.
7. Costi di esercizio notevolmente ridotti grazie a un ciclo di raffreddamento intelligente.

Oltre a notevoli risparmi sui costi, il sistema geotermico presenta alcuni vantaggi aggiuntivi. Il calore viene generato a una temperatura inferiore rispetto all'aria forzata e funziona in modo continuo, quindi il sistema è più stabile, non ha grandi differenze di temperatura.

I sistemi geotermici si prestano bene all'automazione con scarico di potenza termica. Quando la temperatura nella stanza corrisponde ai parametri impostati dal consumatore, il calore in eccesso andrà ad altri compiti di scambio di energia, ad esempio per il riscaldamento dell'acqua calda. Il periodo di ammortamento tipico per la maggior parte dei sistemi geotermici è di 5-10 anni, che è paragonabile al periodo di ammortamento per l'energia solare.

Sistemi di suddivisione dell'aria

Per questo tipo di pompa, la fonte è energia dall'aria esterna. Il principale vantaggio della pompa di calore ad aria rispetto al riscaldamento geotermico e dell'acqua è il basso costo di installazione, poiché non sono necessarie opere di scavo, installazione e posa in alto mare condotte termiche.

Sono disponibili pompe di calore ad aria per installazione esterna ed interna, realizzate in sistemi monoblocco o split. Per le pompe ad aria monoblocco, lo scambiatore di calore a piastre si trova nell'unità esterna e l'energia viene fornita all'unità interna attraverso tubi di calore ben isolati. Con una pompa di calore split, lo scambiatore di calore si trova nell'unità interna in modo che l'energia venga trasportata verso l'interno attraverso il refrigerante.

Una limitazione: gli HP con una fonte d'aria perdono efficienza nei climi più freddi e smettono di funzionare quando la temperatura scende sotto i -20 gradi, quindi, per le regioni con una temperatura media dell'aria fredda non superiore a -10 C, tali sistemi sono i più preferito.

Calcolo del circuito di riscaldamento

La prima cosa da fare prima di installare una pompa di calore è calcolare il bilancio termico della casa. Questo permetterà determinare il trasferimento di calore necessario per garantire temperatura di comfort richiesta. Per il dimensionamento della pompa è necessario tenere in considerazione i seguenti dati:

• lo scopo dell'edificio;
• la sua superficie totale;
• il numero di piani, l'area di ciascuno di essi;
• altezza del soffitto;
• temperatura ambiente desiderata (richiesto);
• pareti (materiale, spessore dello strato);
• tipologia e superficie vetrata totale;
• la presenza di un sistema di ventilazione e le sue caratteristiche;
• richiesta di acqua calda, numero di punti;
• riscaldatori e loro tipo;
• presenza/assenza di terra/acqua nelle vicinanze;
• presenza/assenza di vincoli sull'energia elettrica.

Puoi pre-calcolare rapidamente il fabbisogno energetico della tua casa utilizzando la formula:

P = V x C x T,

dove V è il volume dell'alloggio in m 3;

C - fattore di costruzione C = 0,75 se la casa è molto ben isolata (RT2005) C da 0,9 a 1,3 quando la casa è poco isolata C = 1,6;

T è la differenza tra la temperatura richiesta in casa e la temperatura esterna più bassa durante la stagione fredda per l'area geografica dell'ubicazione dell'edificio.

Esempio: una casa con una superficie di 200 m², un'altezza di 2,5 m, situata nella regione di Mosca, la temperatura all'interno della stanza è di 20 C, la temperatura esterna è di 16 C. P = 200 x 2,5 x 0,9 x (20 - (-16)) = 16200 W

Per questa casa che richiede 16 kW, abbiamo bisogno di una pompa di calore con una capacità di 16 kW fino a 20 kW .

Realizzare una pompa di calore per le esigenze domestiche

È redditizio e conveniente realizzare una pompa di calore per riscaldare una casa con le proprie mani. Le statistiche affermano che TN per una casa con una superficie di 200 m² pagherà entro i primi tre anniE questo non è il limite, visto il costo crescente del carburante e dell'elettricità. Puoi ridurre questi costi se ci sono artigiani in casa che possono assemblare una pompa da materiali di scarto. Per questo avrai bisogno di:

1. Potente compressore, ad esempio per un condizionatore d'aria. Se non c'è niente del genere a casa, puoi ritirarlo nelle officine di riparazione per frigoriferi e condizionatori d'aria. Per questo, devi prima preparare il supporto in un posto comodo (di solito sul muro della casa).
2. Condensatore, puoi farlo da solo. Realizzare una bobina da un tubo di rame con uno spessore della parete di almeno 1 mm, che viene inserito in un corpo metallico saldato di dimensioni adeguate. Installa i rubinetti e le connessioni necessari su di esso. È anche posizionato sulla parete accanto al compressore. Affinché la bobina sia realizzata con alta qualità, il tubo di rame è avvolto, ad esempio, su una bombola del gas e la distanza tra le spire è fissata con un angolo in alluminio. Installazione finale del condensatore (brasatura tubo rame, pompaggio freon, ecc.) ) è meglio affidarlo ad un professionista per non danneggiare il TV e non ferirsi durante il montaggio o il funzionamento.
3. Evaporatore: un contenitore per convertire un refrigerante liquido in uno stato di vapore. Il vapore risultante entra nel compressore, che lo pompa sotto pressione al condensatore.
4. Valvola a farfalla. È necessario acquistare, tenendo conto dei parametri della pompa.
5. Collegamento degli elementi del tubo dello schema a seconda del tipo di installazione selezionato.
6. Verificare la tenuta idraulica dei sistemi di tubazioni mediante test di pressione (aria o acqua).
7. Controllano l'affidabilità delle apparecchiature elettriche a casa.

Vantaggi e svantaggi di una fonte di alimentazione di calore

Vantaggi delle pompe di calore:

• Riscaldamento elettrico ideale: produzione di 4 kW di calore con un consumo di 1 kW per il fabbisogno dell'impianto.
• Indipendenza da combustibili costosi (gas, carbone, olio combustibile).
• Efficiente bilancio energetico completo di stufe a pavimento oa parete.
• Occupano poco spazio in una casa o in un seminterrato.
• Bassi costi di manutenzione.
• Si integra bene nel sistema "casa intelligente".

Svantaggi:

• L'efficienza economica dopo i test pratici nelle vecchie case non sempre corrisponde a quella dichiarata dal produttore dell'apparecchiatura.
• Elevati requisiti per l'impianto di riscaldamento.
• La presenza di un serbatoio di accumulo nel circuito.
• La temperatura della fonte di calore è costante solo con l'acqua di falda.
• Molti modelli contengono un refrigerante dannoso per il clima.