Che cos'è una pompa di calore?

Perché le pompe di calore sono il sostituto più redditizio e promettente del riscaldamento a gas ed elettrico?

Le pompe di calore sono apparecchiature che, grazie alla tecnologia, moltiplicano l'energia termica di fonti alternative (suolo, aria ambiente, acqua di falda) e la trasferiscono all'impianto di riscaldamento.

Il sole e l'aria sono fonti inesauribili di calore a bassa temperatura. Questa energia termica è gratuita e rinnovabile.

Una pompa di calore trasferisce o pompa l'energia termica da un mezzo a un altro. Il principio di funzionamento di una pompa di calore è descritto più avanti nell'articolo.

Come funziona una pompa di calore?

Nella progettazione delle pompe, così come nei gruppi frigoriferi, si utilizza un circuito in cui circola un refrigerante in grado di bollire anche con un riscaldamento minimo. Solo la pompa di calore per il riscaldamento funziona come un "frigorifero inverso".

Come funziona la pompa di calore

Il lavoro di una pompa di calore può essere suddiviso in 5 fasi:

ebollizione del freon nell'evaporatore
compressione del refrigerante da parte del compressore
trasferimento di calore dal condensatore al circuito di riscaldamento
passaggio del refrigerante raffreddato e condensato attraverso la valvola a farfalla
ritorno del freon raffreddato e liquido allo scambiatore di calore dell'evaporatore.

Le pompe di calore sono destinate al riscaldamento e al raffreddamento. Un'ulteriore funzione è quella di riscaldare l'acqua per uso domestico o industriale. Si tratta dell'apparecchiatura più funzionale rispetto a qualsiasi caldaia o condizionatore d'aria.

La pompa di calore funziona in modo molto economico, perché consuma energia solo per il funzionamento del compressore e delle pompe di circolazione. L'efficienza energetica delle pompe di calore è molto elevata. Il fattore di conversione energetica raggiunge i 4-6 e anche di più. Ciò significa che ogni chilowatt di energia utilizzata viene convertita da una pompa di calore in 3-5 chilowatt di calore, che viene utilizzato per riscaldare la casa o l'acqua.

Per il riscaldamento della casa o dell'acqua si pagherà diverse volte meno rispetto all'utilizzo di una caldaia elettrica o di un boiler. I costi di riscaldamento possono essere risparmiati fino al 75-80%!

Con le attuali tariffe del gas, il funzionamento di una caldaia a gas è 2-3 volte più costoso di quello di una pompa di calore.

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Come funziona una pompa di calore per il riscaldamento domestico?

Il calore può essere estratto da:

dalla falda freatica a 15-20 m di profondità;
un corpo idrico vicino;
da materassi di terra con collettori orizzontali profondi fino a 1,2-1,5 m;
pozzi trivellati fino a 40-50 m di profondità.

Esistono molti altri modi per utilizzare la tecnologia delle pompe di calore per ridurre le perdite di calore e i costi di riscaldamento.

Ad esempio, quando si utilizza il calore in eccesso dei processi tecnologici, il calore delle acque reflue e in molti altri casi.

Tipi di pompa di calore

Esistono sistemi che utilizzano il calore geotermico, il calore dell'aria o impianti che estraggono il calore idrotermale. Vediamo i principali tipi di pompe di calore.

Pompa di calore a sorgente terrestre

La pompa di calore di origine terrestre è un sistema che preleva il calore in eccesso da uno strato di terreno superficiale, da pozzi profondi o da un corpo idrico vicino.

La temperatura del terreno a una profondità inferiore allo strato che gela in inverno è sempre positiva - fino a 5-10 (° C). Il calore accumulato durante l'estate è sufficiente alla pompa di calore di terra per riscaldare l'ambiente in inverno.

Per la rimozione del calore, viene posato un collettore tubolare in plastica o vengono calate doppie sonde, nelle quali circola un liquido refrigerante che non congela in condizioni invernali. Maggiore è lo spazio abitativo, più lunghi sono i tubi del collettore o la profondità delle sonde. Il potere di rimozione del calore specifico per i diversi terreni può variare da 8 a 32 W / m². Si tiene conto anche delle caratteristiche del terreno e dei suoi strati, il che richiede indagini geologiche.

Se vicino alla casa c'è uno stagno o un serbatoio con un volume d'acqua e una profondità sufficienti, le spirali e gli anelli di un collettore in plastica vengono inseriti in profondità (fino al fondo).

Pompa di calore acqua-acqua

La pompa di calore acqua-acqua, il cui principio si basa sull'estrazione di calore dall'acqua di falda, è piuttosto complicata da installare. La temperatura dell'acqua in profondità è costante durante tutto l'anno - circa +10° С.

Per installare una pompa di calore di questo tipo, è necessaria un'analisi della profondità dell'orizzonte idrico, della quantità, della qualità e della purezza dell'acqua. Le sue prestazioni in termini di caldo o freddo non dipendono dalle condizioni atmosferiche o dal cambio di stagione. Il rapporto di conversione energetica della pompa di calore ad acqua è elevato - COP fino a 5 e oltre, ma l'installazione e la manutenzione sono problematiche.

Una pompa di calore acqua-acqua per il riscaldamento è un'opzione vantaggiosa solo a condizione di una scelta e di un calcolo competenti delle apparecchiature, nonché di un'installazione e di una messa in servizio altamente qualificate.

Il prezzo delle pompe di calore geotermiche e ad acqua è elevato a causa della necessità di indagini preliminari e di costosi lavori di installazione.

Pompa di calore aria-acqua

Questa pompa di calore è più conveniente in termini di prezzo e installazione. È più adatta a essere integrata in un sistema di riscaldamento modernizzato, è facile da installare e si ripaga rapidamente quando viene introdotta in una nuova casa. Poiché le sue prestazioni termiche dipendono dalla temperatura dell'aria esterna, è vantaggioso utilizzare una pompa di calore ad aria in circuiti bivalenti, con una seconda fonte di calore di riserva.

La capacità totale di una pompa di calore con una fonte di backup diventa quasi la metà del suo costo, ma l'efficienza energetica e l'economia del sistema di fornitura di calore complessivo rimangono ottimali.

Distinguere tra un layout monoblocco o un kit che comprende unità esterne e interne. La pompa di calore a sorgente d'aria con inverter risponde in modo preciso ed economico ai carichi prioritari di calore, acqua calda o freddo. Il coefficiente di efficienza energetica di questi sistemi è fino a 5 o più, sono in grado di funzionare anche a temperature esterne fino a -25°C. Sono le pompe di calore più diffuse per l'utilizzo in climi temperati nella maggior parte del territorio dell'Ucraina.

Questi modelli sono un'opzione disponibile in termini di condizioni climatiche per un progetto di ammodernamento del riscaldamento o di installazione in una nuova casa, sia nelle città milionarie che nelle regioni.

Un ottimo esempio di pompa di calore aria-acqua è rappresentato dalle serie Arctic Home Basic e Arctic Home Smart, apparecchiature ad alte prestazioni del marchio britannico Mycond.

Pompa di calore aria-aria

Utilizzando il calore della ventilazione o dell'aria esterna, una pompa di calore aria-aria è simile in termini di funzionamento a un condizionatore d'aria per il raffreddamento/riscaldamento, ma con una priorità di lavoro sul riscaldamento. Questa pompa di calore è utilizzata come sistema che consente di risparmiare sul riscaldamento della casa non solo in Europa, ma anche in Ucraina.

Inoltre, queste pompe di calore possono essere dotate di un set per la preparazione dell'acqua calda e si distinguono per gli elevati tassi di efficienza energetica stagionale.

Esistono anche altri schemi di sistemi a pompa di calore:

pompa di calore terra-aria
pompa di calore ad acqua salina;
altri.

Le pompe di calore sono utilizzate per riscaldare l'acqua nelle piscine o nei processi tecnologici, in alcune aree industriali o in edilizia per riscaldare qualsiasi struttura commerciale.

Vantaggi delle pompe di calore

Tecnologie innovative per la fornitura di calore, la climatizzazione e l'erogazione di acqua calda, presentate in un unico dispositivo - una pompa di calore.
Costi economici e più volte inferiori per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda.
Pompa di calore ecologica, senza emissioni di CO2 e inquinamento ambientale.
Sicurezza antincendio, nessuna necessità di supervisione e approvazione, monitoraggio costante della sicurezza delle apparecchiature.
Controllo intelligente e modalità operative economiche, controllo del microclima tramite sensori di temperatura e umidità.
Controllo dei circuiti di riscaldamento a diverse temperature: radiatori e riscaldamento a pavimento.
Condizionamento e riscaldamento con pompe di calore e ventilconvettori.
Una pompa di calore con sorgente a terra, il cui prezzo è elevato, è un'opzione economicamente valida per riscaldare una nuova casa senza gas, soprattutto in condizioni di alimentazione elettrica limitata per la casa.

Conclusioni

Solo specialisti altamente qualificati possono scegliere la giusta serie di apparecchiature a pompa di calore che funzionano secondo l'uno o l'altro schema, con riferimento a una sezione specifica di una casa privata, tenendo conto dei sistemi di ingegneria e della pianificazione dell'edificio.

Calcoli corretti determinano: il costo del sistema, la sua efficienza e affidabilità. Le pompe di calore sono sistemi innovativi con un'installazione complessa e un controllo intelligente. Per realizzare tali progetti, è necessario rivolgersi a professionisti per scegliere l'insieme di apparecchiature più adatto in termini di potenza e prezzo e calcolare il beneficio economico derivante dalla sua realizzazione.