Il principio di funzionamento di una pompa di calore per il riscaldamento. Pompa di calore per il riscaldamento domestico: principio di funzionamento, varietà e utilizzo. Alcune caratteristiche del funzionamento delle pompe

Alla fine del XIX secolo apparvero potenti unità di refrigerazione in grado di pompare calore almeno il doppio dell'energia sprecata per attivarle. È stato uno shock, perché formalmente si è scoperto che una macchina termica a moto perpetuo è possibile! Tuttavia, a un esame più attento, si è scoperto che è ancora lontano dalla macchina del moto perpetuo, e il calore di bassa qualità prodotto da una pompa di calore e il calore di alta qualità ottenuto, ad esempio, bruciando carburante, sono due grandi differenze . È vero, la formulazione corrispondente del secondo principio è stata in qualche modo modificata. Allora cosa sono le pompe di calore? In poche parole, una pompa di calore è un apparecchio moderno e ad alta tecnologia per il riscaldamento e la climatizzazione. Pompa di calore raccoglie il calore dalla strada o dal suolo e lo convoglia in casa.

Come funziona la pompa di calore

Come funziona la pompa di calore semplice: per lavoro meccanico o altri tipi di energia fornisce una concentrazione di calore, precedentemente distribuita uniformemente su un certo volume, in una parte di questo volume. Nell'altra parte, rispettivamente, si forma un deficit di calore, cioè freddo.

Storicamente, le pompe di calore sono state inizialmente ampiamente utilizzate come frigoriferi: in effetti, qualsiasi frigorifero è una pompa di calore che pompa il calore dalla camera di refrigerazione all'esterno (in una stanza o all'esterno). Non esiste ancora alcuna alternativa a questi dispositivi e, con tutta la varietà della moderna tecnologia di refrigerazione, il principio di base rimane lo stesso: il pompaggio di calore dalla camera di refrigerazione a causa di energia esterna aggiuntiva.

Naturalmente, quasi immediatamente hanno notato che il notevole riscaldamento dello scambiatore di calore del condensatore (in un frigorifero domestico, di solito è realizzato sotto forma di un pannello nero o di una griglia sul retro dell'armadio) potrebbe essere utilizzato anche per il riscaldamento. Questa era già l'idea di un riscaldatore basato su una pompa di calore nella sua forma moderna: un frigorifero, al contrario, quando il calore viene pompato in un volume chiuso (stanza) da un volume esterno illimitato (dalla strada). Tuttavia, in questo settore la pompa di calore ha molti concorrenti: dalle tradizionali stufe e caminetti a legna a tutti i tipi di moderni sistemi di riscaldamento. Pertanto, per molti anni, mentre il carburante era relativamente economico, questa idea non è stata considerata altro che una curiosità - nella maggior parte dei casi era assolutamente non redditizia dal punto di vista economico, e solo molto raramente tale uso era giustificato - di solito per il recupero del calore pompato unità di refrigerazione in paesi con clima non troppo freddo. E solo con il rapido aumento dei prezzi dell'energia, la complicazione e l'aumento del costo degli impianti di riscaldamento e la relativa riduzione del costo di produzione delle pompe di calore in questo contesto, un'idea del genere diventa di per sé economicamente sostenibile, perché aver pagato una volta per un'installazione piuttosto complessa e costosa, quindi è possibile risparmiare costantemente su consumi ridotti. Le pompe di calore sono alla base delle idee sempre più diffuse di cogenerazione - la produzione simultanea di caldo e freddo - e trigenerazione - la produzione di calore, freddo ed elettricità contemporaneamente.

Poiché una pompa di calore è l'essenza di qualsiasi unità di refrigerazione, si può dire che il termine "macchina di refrigerazione" è il suo pseudonimo. È vero, va tenuto presente che, nonostante la versatilità dei principi di funzionamento utilizzati, i progetti delle macchine frigorifere sono ancora focalizzati specificamente sulla produzione di freddo e non di calore - ad esempio, il freddo generato è concentrato in un luogo e il calore risultante può essere dissipato in diverse parti dell'impianto., perché in un normale frigorifero il compito non è utilizzare questo calore, ma semplicemente eliminarlo.

Classi pompa di calore

Attualmente, due classi di pompe di calore sono le più utilizzate. Una classe comprende quelli termoelettrici basati sull'effetto Peltier e l'altra quelli evaporativi, che a loro volta si suddividono in compressori meccanici (a pistone o turbina) e ad assorbimento (diffusione). Inoltre, l'interesse per l'uso di tubi vortex in cui l'effetto Ranque funziona come pompe di calore sta gradualmente aumentando.

Pompe di calore Peltier

Elemento Peltier

L'effetto Peltier sta nel fatto che quando una piccola tensione CC viene applicata a due lati di un wafer semiconduttore appositamente preparato, un lato di questo wafer si riscalda e l'altro si raffredda. Quindi, in generale, la pompa di calore termoelettrica è pronta!

L'essenza fisica dell'effetto è la seguente. La piastra dell'elemento Peltier (noto anche come "elemento termoelettrico", in inglese Thermoelectric Cooler, TEC), è costituita da due strati semiconduttori con diversi livelli di energia degli elettroni nella banda di conduzione. Quando un elettrone passa sotto l'influenza di una tensione esterna in una banda di conduzione ad alta energia di un altro semiconduttore, deve acquisire energia. Quando riceve questa energia, il punto di contatto del semiconduttore viene raffreddato (quando la corrente scorre nella direzione opposta, si verifica l'effetto opposto: il punto di contatto dello strato si riscalda oltre al normale riscaldamento ohmico).

Vantaggi degli elementi Peltier

Il vantaggio degli elementi Peltier è la massima semplicità del loro design (cosa potrebbe esserci di più semplice di una piastra a cui sono saldati due fili?) E la completa assenza di parti in movimento, nonché flussi interni di liquidi o gas. La conseguenza di ciò è l'assoluta silenziosità, la compattezza, la completa indifferenza all'orientamento nello spazio (a condizione che sia fornita una sufficiente dissipazione del calore) e l'altissima resistenza alle vibrazioni e ai carichi d'urto. E la tensione di esercizio è di pochi volt, quindi poche batterie o una batteria per auto sono sufficienti per il funzionamento.

Svantaggi degli elementi Peltier

Il principale svantaggio degli elementi termoelettrici è la loro efficienza relativamente bassa - si può considerare approssimativamente che avranno bisogno del doppio dell'energia esterna fornita per unità di calore pompato. Cioè, fornendo 1 J di energia elettrica, possiamo rimuovere solo 0,5 J di calore dalla regione raffreddata. È chiaro che tutti gli 1,5 J totali saranno allocati sul lato "caldo" dell'elemento Peltier e dovranno essere trasferiti all'ambiente esterno. Questo è molte volte inferiore all'efficienza delle pompe di calore evaporative a compressione.

Sullo sfondo di un'efficienza così bassa, gli altri svantaggi di solito non sono così importanti - e questa è una bassa produttività specifica combinata con un alto costo specifico.

Utilizzo di elementi Peltier

In accordo con le loro caratteristiche, il principale campo di applicazione degli elementi Peltier è attualmente normalmente limitato ai casi in cui è necessario non raffreddare troppo qualcosa che non sia troppo potente, soprattutto in condizioni di forte scuotimento e vibrazione e con rigide restrizioni di peso e dimensioni, ad esempio, varie unità e parti di apparecchiature elettroniche, principalmente militari, aeronautici e spaziali. Forse, gli elementi Peltier sono più ampiamente utilizzati nella vita di tutti i giorni nei frigoriferi portatili per auto a bassa potenza (5..30 W).

Pompe di calore a compressione evaporativa

Diagramma del ciclo di lavoro di una pompa di calore a compressione evaporativa

Il principio di funzionamento di questa classe di pompe di calore è come segue. Il refrigerante gassoso (in tutto o in parte) viene compresso dal compressore ad una pressione alla quale può trasformarsi in liquido. Naturalmente, questo si riscalda. Il refrigerante compresso riscaldato viene inviato al radiatore del condensatore, dove viene raffreddato a temperatura ambiente, cedendogli calore in eccesso. Questa è la zona di riscaldamento (retro del frigorifero della cucina). Se all'ingresso del condensatore una parte significativa del refrigerante caldo compresso rimaneva ancora sotto forma di vapore, con una diminuzione della temperatura durante lo scambio termico si condensa e si trasforma in uno stato liquido. Il refrigerante liquido relativamente raffreddato viene immesso nella camera di espansione, dove, passando attraverso una valvola a farfalla o un espansore, perde pressione, si espande ed evapora, si trasforma almeno parzialmente in una forma gassosa e, di conseguenza, viene raffreddato - significativamente al di sotto della temperatura ambiente e anche al di sotto della temperatura nella zona di raffreddamento della pompa di calore. Passando attraverso i canali del pannello evaporatore, la miscela fredda di agente termovettore liquido e vaporoso rimuove il calore dalla zona di raffreddamento. A causa di questo calore, la parte liquida rimanente del refrigerante continua ad evaporare, mantenendo una temperatura dell'evaporatore costantemente bassa e garantendo un'efficace estrazione del calore. Successivamente, il refrigerante sotto forma di vapore raggiunge l'ingresso del compressore, che lo svuota e lo comprime nuovamente. Quindi tutto si ripete dall'inizio.

Pertanto, nella sezione "calda" del compressore-condensatore-acceleratore, il refrigerante è ad alta pressione e prevalentemente allo stato liquido, e nella sezione "fredda" dell'acceleratore-evaporatore-compressore, la pressione è bassa, e il refrigerante è principalmente allo stato di vapore. Sia la compressione che il vuoto sono generati dallo stesso compressore. Sul lato opposto al compressore, le zone di alta e bassa pressione sono separate da una farfalla che limita il flusso di refrigerante.

I frigoriferi industriali ad alta potenza utilizzano ammoniaca tossica ma efficace come refrigerante, turbocompressori ad alte prestazioni e talvolta espansori. Nei frigoriferi domestici e nei condizionatori d'aria, il refrigerante è solitamente più sicuro, i freon e al posto delle unità turbina vengono utilizzati compressori a pistoni e "tubi capillari" (valvole a farfalla).

Nel caso generale non è necessaria una variazione dello stato di aggregazione del refrigerante - il principio funzionerà anche per un refrigerante permanentemente gassoso - tuttavia, l'elevato calore di una variazione dello stato di aggregazione aumenta notevolmente l'efficienza del funzionamento ciclo. Ma se il refrigerante rimane sempre in forma liquida, l'effetto non sarà fondamentale: dopotutto, il liquido è praticamente incomprimibile e quindi né l'aumento né la riduzione della pressione cambieranno la sua temperatura.

Strozzatori ed espansori

I termini "choke" ed "expander", che vengono spesso utilizzati in questa pagina, di solito significano poco per le persone lontane dalla tecnologia della refrigerazione. Pertanto, alcune parole dovrebbero essere dette su questi dispositivi e sulla principale differenza tra loro.

Una valvola a farfalla nella tecnologia è un dispositivo progettato per normalizzare il flusso a causa della sua limitazione forzata. Nell'ingegneria elettrica, questo nome è stato assegnato a bobine progettate per limitare la velocità di aumento della corrente e vengono solitamente utilizzate per proteggere i circuiti elettrici dal rumore impulsivo. Nell'idraulica, le valvole a farfalla sono generalmente chiamate limitatori di flusso, che sono restrizioni del canale appositamente create con un gioco (calibrato) calcolato con precisione che fornisce il flusso richiesto o la resistenza di flusso richiesta. Un classico esempio di tali induttanze sono i getti, che sono ampiamente utilizzati nei motori a carburatore per fornire il flusso di benzina stimato durante la preparazione della miscela di carburante. La valvola a farfalla negli stessi carburatori ha normalizzato il flusso d'aria, il secondo ingrediente essenziale di questa miscela.

Nella tecnologia di refrigerazione, viene utilizzata una valvola a farfalla per limitare il flusso di refrigerante nella camera di espansione e mantenere le condizioni per un'efficace evaporazione ed espansione adiabatica. Un flusso eccessivo può generalmente portare al riempimento della camera di espansione con refrigerante (il compressore semplicemente non ha il tempo di pomparlo) o, almeno, alla perdita del vuoto richiesto. Ma è l'evaporazione del refrigerante liquido e l'espansione adiabatica dei suoi vapori a fornire il calo di temperatura del refrigerante necessario per il funzionamento del frigorifero al di sotto della temperatura ambiente.

Principi di funzionamento dell'acceleratore (sinistra), dell'espansore del pistone (al centro) e dell'espansore del turbo (sinistra).

Nell'espansore, la camera di espansione è stata leggermente ammodernata. In esso, il refrigerante in evaporazione ed espansione esegue inoltre un lavoro meccanico, spostando il pistone situato lì o ruotando la turbina. In questo caso, la limitazione del flusso di refrigerante può essere effettuata a causa della resistenza del pistone o della ruota della turbina, sebbene in realtà ciò richieda solitamente una selezione e un coordinamento molto attenti di tutti i parametri del sistema. Pertanto, quando si utilizzano espansori, la regolazione principale della portata può essere effettuata tramite una farfalla (restringimento calibrato del canale di alimentazione del refrigerante liquido).

Un turboespansore è efficace solo a grandi flussi del fluido di lavoro; a un flusso basso, la sua efficienza è vicina alla strozzatura convenzionale. Un espansore a pistone può funzionare efficacemente con una portata molto inferiore del fluido di lavoro, ma il suo design è di un ordine di grandezza più complicato di una turbina: oltre al pistone stesso con tutte le guide necessarie, guarnizioni e sistema di ritorno, ingresso e valvole di scarico con controllo appropriato sono necessarie.

Il vantaggio dell'espansore rispetto allo starter è un raffreddamento più efficiente dovuto al fatto che parte dell'energia termica del refrigerante viene convertita in lavoro meccanico e in questa forma viene rimossa dal ciclo termico. Inoltre, questo lavoro può poi essere utilizzato proficuamente per la causa, diciamo, per l'azionamento di pompe e compressori, come si fa nel "frigorifero Zysin". Ma uno starter semplice ha un design assolutamente primitivo e non contiene una singola parte mobile, e quindi, in termini di affidabilità, durata, oltre che semplicità e costo di produzione, lascia l'espansore molto indietro. Sono questi i motivi che di solito limitano l'ambito di applicazione degli espansori a potenti apparecchiature criogeniche, e nei frigoriferi domestici vengono utilizzate manette meno efficienti, ma praticamente eterne, chiamate lì "tubi capillari" e che sono un semplice tubo di rame di una lunghezza sufficiente lunghezza con uno spazio di piccolo diametro (solitamente da 0,6 a 2 mm), che fornisce la resistenza idraulica richiesta per il flusso di refrigerante calcolato.

Vantaggi delle pompe di calore a compressione

Il principale vantaggio di questo tipo di pompa di calore è l'elevata efficienza, la più alta tra le moderne pompe di calore. Il rapporto tra l'energia fornita dall'esterno e l'energia pompata può raggiungere 1: 3 - ovvero, per ogni joule di energia fornita, 3 J di calore verranno pompati fuori dalla zona di raffreddamento - confronta con 0,5 J per Pelte elementi! In questo caso il compressore può stare in piedi separatamente, e il calore da esso generato (1 J) non deve essere trasferito all'ambiente esterno nello stesso luogo in cui vengono rilasciati 3 J di calore pompato fuori dalla zona di raffreddamento.

A proposito, c'è una teoria dei fenomeni termodinamici diversa dalla teoria generalmente accettata, ma molto curiosa e convincente. Quindi, una delle sue conclusioni è che il lavoro di compressione di un gas, in linea di principio, può essere solo circa il 30% della sua energia totale. E questo significa che il rapporto tra l'energia erogata e quella pompata 1: 3 corrisponde al limite teorico e con metodi termodinamici di scambio termico non può essere migliorato in linea di principio. Tuttavia, alcuni produttori affermano già di ottenere un rapporto di 1: 5 e persino 1: 6, e questo è vero - dopo tutto, nei cicli di refrigerazione reali, viene utilizzata non solo la compressione del refrigerante gassoso, ma anche un cambiamento nel suo stato di aggregazione, e questo è ultima prova è il principale ...

Svantaggi delle pompe di calore a compressione

Gli svantaggi di queste pompe di calore comprendono, in primo luogo, la presenza stessa di un compressore, che inevitabilmente crea rumore ed è soggetto ad usura, e in secondo luogo, la necessità di utilizzare un refrigerante speciale e mantenere l'assoluta tenuta durante tutto il suo percorso di lavoro. Tuttavia, i frigoriferi domestici a compressione che funzionano ininterrottamente per 20 anni o più senza alcuna riparazione non sono rari. Un'altra caratteristica è una sensibilità piuttosto elevata al posizionamento nello spazio. È improbabile che sia il frigorifero che il condizionatore d'aria funzionino su un lato o capovolti. Ma ciò è dovuto alle peculiarità di progetti specifici e non al principio generale di funzionamento.

Di norma, le pompe di calore a compressione e le unità di refrigerazione sono progettate con tutto il refrigerante allo stato di vapore all'ingresso del compressore. Pertanto, una grande quantità di refrigerante liquido non evaporato che entra nell'ingresso del compressore può causare colpi d'ariete al suo interno e, di conseguenza, gravi danni all'unità. La ragione di questa situazione può essere sia l'usura delle apparecchiature che una temperatura del condensatore troppo bassa: il refrigerante che entra nell'evaporatore è troppo freddo ed evapora troppo lentamente. Per un normale frigorifero, questa situazione può verificarsi se si tenta di accenderlo in una stanza molto fredda (ad esempio, a una temperatura di circa 0 ° C e inferiore) o se è appena stato portato in una stanza normale dal gelo. Per una pompa di calore a compressione di riscaldamento, ciò può accadere se si tenta di riscaldare una stanza gelata con essa, nonostante sia anche freddo fuori. Le soluzioni tecniche non molto complesse eliminano questo pericolo, ma aumentano il costo del design e durante il normale funzionamento degli elettrodomestici di massa non sono necessarie - tali situazioni non si verificano.

L'uso di pompe di calore a compressione

Grazie alla sua elevata efficienza, questo particolare tipo di pompa di calore è diventato quasi onnipresente, spostando tutti gli altri in varie aree esotiche di applicazione. E anche la relativa complessità del design e la sua sensibilità ai danni non possono limitare il loro uso diffuso: quasi ogni cucina ha un frigorifero o un congelatore a compressione, o anche più di uno!

Pompe di calore ad assorbimento evaporativo (diffusione)

Ciclo di lavoro evaporativo pompe di calore ad assorbimento molto simile al ciclo di lavoro delle unità di compressione evaporativa discusso appena sopra. La differenza principale è che se nel caso precedente il vuoto necessario all'evaporazione del refrigerante è creato dall'aspirazione meccanica dei vapori da parte del compressore, allora nelle unità di assorbimento il refrigerante evaporato fluisce dall'evaporatore all'unità di assorbimento, dove si trova assorbito (assorbito) da un'altra sostanza: l'assorbente. Quindi, il vapore viene rimosso dal volume dell'evaporatore e il vuoto viene ripristinato lì, garantendo l'evaporazione di nuove porzioni di refrigerante. Una condizione necessaria è una tale "affinità" del refrigerante e dell'assorbente in modo che le forze del loro legame durante l'assorbimento possano creare un vuoto significativo nel volume dell'evaporatore. Storicamente, la prima coppia di sostanze ancora ampiamente utilizzata è l'ammoniaca NH3 (refrigerante) e l'acqua (assorbente). Quando vengono assorbiti, i vapori di ammoniaca si dissolvono in acqua, penetrando (diffondendosi) nel suo spessore. Da questo processo è venuto nomi alternativi tali pompe di calore - diffusione o assorbimento-diffusione.
Per separare nuovamente il refrigerante (ammoniaca) e l'assorbente (acqua), la miscela di ammoniaca-acqua esausta e ricca di ammoniaca viene riscaldata in un desorbitore da una fonte esterna di energia termica fino all'ebollizione, quindi raffreddata leggermente. L'acqua condensa prima, ma ad alte temperature subito dopo la condensazione, è in grado di trattenere pochissima ammoniaca, quindi la maggior parte dell'ammoniaca rimane sotto forma di vapore. Qui, le frazioni di liquido pressurizzato (acqua) e gassoso (ammoniaca) vengono separate e raffreddate separatamente a temperatura ambiente. L'acqua raffreddata a basso contenuto di ammoniaca viene inviata all'assorbitore, mentre l'ammoniaca, raffreddata nel condensatore, diventa liquida ed entra nell'evaporatore. Lì, la pressione diminuisce e l'ammoniaca evapora, raffreddando nuovamente l'evaporatore e prendendo calore dall'esterno. Quindi di nuovo i vapori di ammoniaca vengono combinati con l'acqua, rimuovendo i vapori di ammoniaca in eccesso dall'evaporatore e mantenendo una bassa pressione lì. La soluzione ricca di ammoniaca viene nuovamente inviata allo stripper per la separazione. In linea di principio, per desorbire l'ammoniaca, non è necessario far bollire la soluzione, basta solo scaldarla vicino al punto di ebollizione, e l'ammoniaca "in eccesso" evaporerà dall'acqua. Ma l'ebollizione consente la separazione più rapida ed efficiente. La qualità di tale separazione è la condizione principale che determina il vuoto nell'evaporatore e, quindi, l'efficienza dell'unità di assorbimento, e molti dei trucchi progettuali sono finalizzati a questo. Di conseguenza, in termini di organizzazione e numero di fasi del ciclo di lavoro, le pompe di calore ad assorbimento-diffusione sono forse il più complesso di tutti i tipi comuni di tali apparecchiature.

Il "clou" del principio di funzionamento è che per generare freddo, il fluido di lavoro viene riscaldato qui (fino all'ebollizione). In questo caso, il tipo di fonte di riscaldamento non è critico: può anche essere un fuoco aperto (fiamma del bruciatore), quindi non è necessario l'uso di elettricità. Per creare la necessaria differenza di pressione che determina il movimento del fluido di lavoro, a volte possono essere utilizzate pompe meccaniche (di solito in installazioni potenti con grandi volumi di fluido di lavoro), e talvolta, in particolare nei frigoriferi domestici, elementi senza parti in movimento (termosifoni ).

Unità di refrigerazione ad assorbimento-diffusione (ADXA) del frigorifero Morozko-ZM. 1 - scambiatore di calore; 2 - una raccolta di soluzioni; 3 - accumulatore di idrogeno; 4 - assorbitore; 5 - scambiatore di calore a gas rigenerativo; 6 - condensatore a riflusso ("sgrassatore"); 7 - condensatore; 8 - evaporatore; 9 - Generatore; 10 - termosifone; 11 - rigeneratore; 12 - tubi di una soluzione debole; 13 - tubo uscita vapore; 14 - Stufa elettrica; 15 - isolamento termico.

Le prime macchine frigorifere ad assorbimento (ABCM) a base di miscela di ammoniaca e acqua apparvero nella seconda metà del XIX secolo. Nella vita di tutti i giorni, a causa della tossicità dell'ammoniaca, a quel tempo non ricevevano un'ampia distribuzione, ma erano molto utilizzati nell'industria, fornendo un raffreddamento fino a –45 ° С. Nell'ABCM monostadio, in teoria, la capacità frigorifera massima è pari alla quantità di calore spesa per il riscaldamento (in realtà, ovviamente, è molto inferiore). È stato questo fatto a rafforzare la fiducia dei difensori della formulazione stessa della seconda legge della termodinamica, che è stata menzionata all'inizio di questa pagina. Tuttavia, le pompe di calore ad assorbimento hanno ora superato questa limitazione. Negli anni '50 apparve il bromuro di litio ABKhM a due stadi (due condensatori o due assorbitori) più efficiente (il refrigerante è l'acqua, l'assorbente è il bromuro di litio LiBr). Le versioni a tre stadi di ABHM furono brevettate nel 1985-1993. I loro campioni prototipo hanno un'efficienza superiore a quelli a due stadi del 30-50% e sono vicini ai modelli di massa delle unità di compressione.

Vantaggi delle pompe di calore ad assorbimento

Il vantaggio principale delle pompe di calore ad assorbimento è la possibilità di utilizzare per il loro lavoro non solo l'elettricità costosa, ma anche qualsiasi fonte di calore di temperatura e potenza sufficienti - vapore surriscaldato o di scarico, gas, benzina e qualsiasi altro bruciatore in fiamme - fino ai gas di scarico e energia solare gratuita.

Il secondo vantaggio di queste unità, particolarmente preziose nelle applicazioni domestiche, è la capacità di creare strutture che non contengono parti in movimento, e quindi sono praticamente silenziose (nei modelli sovietici di questo tipo, a volte si poteva sentire un gorgoglio sommesso o un leggero sibilo, ma, ovviamente, questo non va neanche in confronto al rumore di un compressore in funzione).

Infine, nei modelli domestici, il fluido di lavoro (solitamente una miscela ammoniaca-acqua con aggiunta di idrogeno o elio) nei volumi ivi utilizzati non rappresenta un grande pericolo per gli altri, anche in caso di depressurizzazione di emergenza della parte lavorante (questo è accompagnato da un odore molto sgradevole, quindi non noterai una forte perdita impossibile, e la stanza con il pronto soccorso dovrà essere lasciata e ventilata "automaticamente"; le concentrazioni ultra basse di ammoniaca sono naturali e assolutamente innocue) . Negli impianti industriali, i volumi di ammoniaca sono grandi e la concentrazione di ammoniaca durante le perdite può essere fatale, ma in ogni caso l'ammoniaca è considerata rispettosa dell'ambiente - si ritiene che, a differenza dei freon, non distrugga lo strato di ozono e non lo fa causare un effetto serra.

Svantaggi delle pompe di calore ad assorbimento

Il principale svantaggio di questo tipo di pompa di calore - minore efficienza rispetto alla compressione.

Il secondo inconveniente è la complessità del design dell'unità stessa e un carico di corrosione piuttosto elevato dal fluido di lavoro, che richiede l'uso di materiali resistenti alla corrosione costosi e difficili da lavorare o che riduce la durata dell'unità a 5- 7 anni. Di conseguenza, il costo dell '"hardware" è notevolmente superiore a quello degli impianti di compressione di pari capacità (si tratta innanzitutto di unità industriali potenti).

In terzo luogo, molti progetti sono molto critici per il posizionamento durante l'installazione: in particolare, alcuni modelli di frigoriferi domestici richiedevano un'installazione rigorosamente orizzontale e si rifiutavano di funzionare anche dopo una deviazione di diversi gradi. L'uso dello spostamento forzato del fluido di lavoro con l'aiuto di pompe allevia in gran parte la gravità di questo problema, ma il sollevamento con un termosifone silenzioso e lo scarico per gravità richiede un allineamento molto attento dell'unità.

A differenza delle macchine a compressione, le macchine ad assorbimento non temono le temperature troppo basse: la loro efficienza diminuisce semplicemente. Ma non è per niente che metto questo paragrafo nella sezione degli svantaggi, perché questo non significa che possano funzionare in un freddo feroce - al freddo, una soluzione acquosa di ammoniaca si congela banalmente, a differenza dei freon usati nelle macchine a compressione, il punto di congelamento di solito inferiore a -100 ° C. È vero, se il ghiaccio non rompe nulla, dopo lo scongelamento l'unità di assorbimento continuerà a funzionare, anche se non è stata scollegata dalla rete per tutto questo tempo, perché non ci sono pompe meccaniche e compressori e potenza di riscaldamento nei modelli domestici è abbastanza piccolo da far bollire nella zona il riscaldatore non è diventato troppo intenso. Tuttavia, tutto ciò dipende già dalle caratteristiche di un particolare design ...

L'utilizzo di pompe di calore ad assorbimento

Nonostante l'efficienza leggermente inferiore e il costo relativamente più elevato rispetto alle unità di compressione, l'uso di macchine di calore ad assorbimento è assolutamente giustificato dove non c'è elettricità o dove sono presenti grandi quantità di calore di scarto (vapori di scarico, gas di scarico caldi o fumi, ecc. - fino al pre-riscaldamento solare). In particolare vengono prodotti modelli speciali di frigoriferi, alimentati da bruciatori a gas, destinati a viaggiatori, automobilisti e diportisti.

Attualmente in Europa caldaie a gas a volte vengono sostituite con pompe di calore ad assorbimento riscaldate da un bruciatore a gas o gasolio - consentono non solo di utilizzare il calore della combustione del carburante, ma anche di "pompare" calore aggiuntivo dalla strada o dalle profondità della terra!

Come mostra l'esperienza, nella vita di tutti i giorni, le opzioni con il riscaldamento elettrico sono piuttosto competitive, specialmente nella gamma di potenze basse, da 20 a 100 W. Potenze minori sono il dominio degli elementi termoelettrici, mentre potenze maggiori sono ancora vantaggi incondizionati dei sistemi di compressione. In particolare, tra i marchi sovietici e post-sovietici di frigoriferi di questo tipo erano popolari "Morozko", "Sever", "Kristall", "Kiev" con un volume tipico della camera di refrigerazione da 30 a 140 litri, sebbene ci siano modelli per 260 litri ("Crystal-12"). A proposito, quando si valuta il consumo di energia, vale la pena considerare il fatto che i frigoriferi a compressione funzionano quasi sempre in modalità di breve periodo e i frigoriferi ad assorbimento sono generalmente accesi per un periodo molto più lungo o generalmente funzionano continuamente. Pertanto, anche se la potenza nominale del riscaldatore è molto inferiore alla potenza del compressore, il rapporto tra il consumo medio giornaliero di energia può essere molto diverso.

Pompe di calore Vortex

Pompe di calore Vortex utilizzare l'effetto Ranque per separare l'aria calda da quella fredda. L'essenza dell'effetto risiede nel fatto che il gas fornito tangenzialmente al tubo ad alta velocità vortica e si separa all'interno di questo tubo: il gas raffreddato può essere prelevato dal centro del tubo e il gas riscaldato può essere prelevato dalla periferia. Lo stesso effetto, sebbene in misura molto minore, si applica anche ai liquidi.

Vantaggi delle pompe di calore vortex

Il principale vantaggio di questo tipo di pompa di calore è la semplicità del design e le elevate prestazioni. Il tubo a vortice non contiene parti in movimento e questo gli conferisce un'elevata affidabilità e una lunga durata. Le vibrazioni e la posizione nello spazio non hanno praticamente alcun effetto sul suo funzionamento.

Il potente flusso d'aria è utile per prevenire il congelamento e l'efficienza dei tubi a vortice dipende debolmente dalla temperatura del flusso di ingresso. È inoltre molto importante che non vi siano limiti di temperatura fondamentali associati a ipotermia, surriscaldamento o congelamento del fluido di lavoro.

In alcuni casi, la possibilità di ottenere una separazione record ad alta temperatura in una fase gioca un ruolo: in letteratura, i valori di raffreddamento sono forniti da 200 ° e oltre. Di solito uno stadio raffredda l'aria di 50..80 ° С.

Svantaggi delle pompe di calore vortex

Purtroppo, l'efficienza di questi dispositivi è ora notevolmente inferiore all'efficienza delle unità di compressione evaporativa. Inoltre, richiedono un'elevata velocità di avanzamento del fluido di lavoro per funzionare efficacemente. La massima efficienza si nota ad una portata in ingresso pari al 40..50% della velocità del suono - tale flusso stesso crea molto rumore e inoltre richiede un compressore efficiente e potente - il dispositivo è anche di no significa tranquillo e piuttosto capriccioso.

La mancanza di una teoria generalmente accettata di questo fenomeno, adatta all'uso pratico dell'ingegneria, rende la progettazione di tali unità un esercizio empirico sotto molti aspetti, dove il risultato dipende fortemente dalla fortuna: "indovinare - non indovinare". Un risultato più o meno affidabile è fornito solo dalla riproduzione di campioni di successo già creati, ei risultati dei tentativi di modificare in modo significativo determinati parametri non sono sempre prevedibili e talvolta sembrano paradossali.

Utilizzo di pompe di calore vortex

Tuttavia, l'uso di tali dispositivi è attualmente in espansione. Sono giustificati, prima di tutto, dove c'è già gas sotto pressione, così come in varie industrie pericolose per incendi ed esplosioni - dopotutto, è spesso molto più sicuro ed economico fornire un flusso di aria sotto pressione a un'area pericolosa rispetto a per tirare lì cavi elettrici protetti e installare motori elettrici in un design speciale ...

Limiti di efficienza delle pompe di calore

Perché le pompe di calore non sono ancora ampiamente utilizzate per il riscaldamento (forse l'unica classe relativamente comune di tali dispositivi sono i condizionatori d'aria con inverter)? Ci sono diverse ragioni per questo, e oltre a quelle soggettive associate alla mancanza di tradizioni di riscaldamento che utilizzano questa tecnica, ci sono anche quelle oggettive, le principali delle quali sono il congelamento del dissipatore di calore e un intervallo di temperatura relativamente ristretto per funzionamento efficiente.

Nelle installazioni vortex (principalmente gas), di solito non ci sono problemi di ipotermia e congelamento. Non utilizzano un cambiamento nello stato di aggregazione del fluido di lavoro, e un potente flusso d'aria svolge le funzioni del sistema "No Frost". Tuttavia, la loro efficienza è molto inferiore a quella delle pompe di calore evaporative.

Ipotermia

Nelle pompe di calore evaporative, l'alta efficienza è assicurata modificando lo stato di aggregazione del fluido di lavoro - il passaggio da liquido a gas e viceversa. Di conseguenza, questo processo è possibile in un intervallo di temperatura relativamente ristretto. A temperature troppo elevate, il fluido di lavoro rimarrà sempre gassoso, ea temperature troppo basse evaporerà con grande difficoltà o addirittura congelerà. Di conseguenza, quando la temperatura supera l'intervallo ottimale, la transizione di fase più efficiente dal punto di vista energetico diventa difficile o completamente esclusa dal ciclo operativo e l'efficienza dell'unità di compressione diminuisce in modo significativo e se il refrigerante rimane costantemente liquido, allora non funzionerà affatto.

Congelamento

Estrazione del calore dall'aria

Anche se le temperature di tutte le unità in pompa di calore rimangono entro i limiti richiesti, durante il funzionamento l'estrattore di calore - l'evaporatore - è sempre ricoperto da goccioline di umidità condensate dall'aria ambiente. Ma l'acqua liquida ne fuoriesce da sola, non ostacolando particolarmente il trasferimento di calore. Quando la temperatura dell'evaporatore diventa troppo bassa, la condensa si congela e l'umidità appena condensata si trasforma immediatamente in brina, che rimane sull'evaporatore, formando gradualmente uno spesso "strato" di neve - questo è esattamente ciò che accade nel congelatore di un frigorifero convenzionale. Di conseguenza, l'efficienza dello scambio di calore è notevolmente ridotta e quindi è necessario interrompere il lavoro e scongelare l'evaporatore. Di norma, nell'evaporatore frigorifero la temperatura scende di 25..50 ° C, e nei condizionatori d'aria a causa della loro specificità la differenza di temperatura è inferiore a - 10..15 ° C.Sapendo questo, diventa chiaro perché la maggior parte dei condizionatori d'aria non può essere regolata a una temperatura inferiore a +13 .. + 17 ° С - questa soglia è stata impostata dai loro progettisti per evitare il congelamento dell'evaporatore, perché di solito non è prevista la sua modalità di sbrinamento. Questo è anche uno dei motivi per cui quasi tutti i condizionatori con modalità inverter non funzionano nemmeno a temperature negative non molto elevate - solo al massimo tempi recenti cominciarono ad apparire modelli progettati per funzionare a temperature fino a –25 ° C. Nella maggior parte dei casi, già a –5 ..– 10 ° C, il consumo di energia per lo sbrinamento diventa paragonabile alla quantità di calore pompato dalla strada, e pompare calore dalla strada risulta essere inefficace, soprattutto se l'aria esterna l'umidità è vicina al 100%, quindi il collettore di calore esterno viene coperto di ghiaccio in modo particolarmente rapido.

Estrazione del calore dal suolo e dall'acqua

A questo proposito, il calore dalle profondità della terra è stato sempre più considerato come una fonte non congelante di "calore freddo" per le pompe di calore. In questo caso, non intendiamo affatto strati riscaldati della crosta terrestre, situati a una profondità di molti chilometri, e nemmeno sorgenti d'acqua geotermica (anche se, se si è fortunati e si trovano nelle vicinanze, sarebbe sciocco trascurare un simile dono del destino). Si riferisce al calore "normale" degli strati di terreno situati a una profondità compresa tra 5 e 50 metri. Come sapete, nella corsia centrale, il terreno a tali profondità ha una temperatura di circa + 5 ° C, che cambia molto poco durante l'anno. Nelle regioni più meridionali, questa temperatura può raggiungere + 10 ° C e oltre. Pertanto, la differenza di temperatura tra il confortevole + 25 ° С e il terreno attorno al dissipatore di calore è molto stabile e non supera i 20 ° С indipendentemente dal gelo fuori dalla finestra (si noti che di solito la temperatura all'uscita della pompa di calore è +50 .. + 60 ° С, ma e una differenza di temperatura di 50 ° C è perfettamente in grado di pompe di calore, compresi i moderni frigoriferi domestici, che forniscono tranquillamente -18 ° C nel congelatore quando la temperatura ambiente è superiore a + 30 ° C).

Tuttavia, se separi uno scambiatore di calore compatto ma potente, difficilmente sarai in grado di ottenere l'effetto desiderato. Infatti il \u200b\u200bdissipatore in questo caso funge da evaporatore del congelatore, e se nel luogo in cui si trova non c'è un potente afflusso di calore (fonte geotermica o fiume sotterraneo), gelerà rapidamente il terreno circostante, che terminerà tutte le pompe di calore. La soluzione potrebbe essere quella di estrarre il calore non da un punto, ma in modo uniforme da un grande volume sotterraneo, tuttavia, il costo della costruzione di un dissipatore di calore, che copre migliaia di metri cubi di terreno a una profondità considerevole, molto probabilmente renderà questa soluzione assolutamente non redditizia economicamente. Un'opzione meno costosa è quella di perforare diversi pozzi a intervalli di diversi metri l'uno dall'altro, come è stato fatto in una "casa attiva" sperimentale vicino a Mosca, ma neanche questo è economico: chiunque abbia costruito un pozzo d'acqua a casa può stimare in modo indipendente i costi di creazione di un campo geotermico da almeno una dozzina di pozzi da 30 metri. Inoltre, l'estrazione di calore costante, sebbene meno forte rispetto al caso di uno scambiatore di calore compatto, abbasserà comunque la temperatura del terreno attorno ai dissipatori rispetto a quella originale. Ciò porterà a una diminuzione dell'efficienza della pompa di calore durante il suo funzionamento a lungo termine e il periodo di stabilizzazione della temperatura a un nuovo livello potrebbe richiedere diversi anni, durante i quali le condizioni per l'estrazione del calore peggioreranno. Tuttavia, si può tentare di compensare parzialmente la perdita di calore invernale mediante il suo potenziamento del pompaggio a una profondità nella calura estiva. Ma anche senza tener conto del consumo di energia aggiuntivo per questa procedura, il vantaggio non sarà troppo grande: la capacità termica di un accumulatore di calore a terra di dimensioni ragionevoli è piuttosto limitata e chiaramente non è sufficiente per l'intero inverno russo , anche se una tale fornitura di calore è ancora meglio di niente. Inoltre, il livello, il volume e la velocità del flusso delle acque sotterranee sono molto importanti qui - il terreno abbondantemente inumidito con una portata d'acqua sufficientemente alta non consentirà di fare "riserve per l'inverno" - l'acqua che scorre porterà via il calore pompato con sé ( anche un piccolissimo movimento di 1 metro al giorno di acqua di falda in una sola settimana trasporterà il calore immagazzinato di lato di 7 metri, e sarà al di fuori dell'area di lavoro dello scambiatore di calore). È vero, lo stesso flusso di acque sotterranee ridurrà il grado di raffreddamento del suolo in inverno: nuove porzioni di acqua porteranno il nuovo calore da loro ricevuto lontano dallo scambiatore di calore. Pertanto, se c'è un lago profondo nelle vicinanze, un grande stagno o un fiume che non gela mai sul fondo, è meglio non scavare il terreno, ma posizionare uno scambiatore di calore relativamente compatto nel serbatoio - a differenza del suolo stazionario, anche in uno stagno o in un lago stagnante, la convezione di acqua libera può fornire una fornitura di calore molto più efficiente allo scambiatore di calore da un volume significativo del serbatoio. Ma qui è necessario assicurarsi che lo scambiatore di calore in nessuna circostanza sarà raffreddato eccessivamente fino al punto di congelamento dell'acqua e non inizierà a congelare il ghiaccio, poiché la differenza tra il trasferimento di calore per convezione in acqua e il trasferimento di calore di un mantello di ghiaccio è enorme (allo stesso tempo, la conduttività termica del suolo congelato e non congelato spesso non differisce così tanto, e un tentativo di utilizzare l'enorme calore di cristallizzazione dell'acqua nella rimozione del calore del suolo in determinate condizioni può essere giustificato).

Il principio di funzionamento di una pompa di calore geotermica basato sulla raccolta del calore dal suolo o dall'acqua e il trasferimento all'impianto di riscaldamento dell'edificio. Per raccogliere il calore, un liquido antigelo scorre attraverso un tubo situato nel suolo o nel corpo idrico vicino all'edificio alla pompa di calore. Una pompa di calore, come un frigorifero, raffredda il liquido (toglie calore), mentre il liquido viene raffreddato di circa 5 ° C. Il liquido scorre di nuovo attraverso il tubo nel terreno esterno o nell'acqua, riacquista la sua temperatura e fluisce nuovamente verso la pompa di calore. Il calore sottratto dalla pompa di calore viene ceduto all'impianto di riscaldamento e / o per il riscaldamento dell'acqua calda.

È possibile estrarre calore dall'acqua sotterranea - l'acqua sotterranea con una temperatura di circa 10 ° C viene fornita dal pozzo a una pompa di calore, che raffredda l'acqua a +1 ... + 2 ° C e restituisce l'acqua nel sottosuolo. Qualsiasi oggetto con una temperatura superiore a meno duecentosettantatre gradi Celsius - il cosiddetto "zero assoluto", ha energia termica.

Cioè, una pompa di calore può rimuovere il calore da qualsiasi oggetto: terra, acqua, ghiaccio, roccia, ecc. Se l'edificio, ad esempio, in estate, deve essere raffreddato (condizionato), avviene il processo opposto: il calore viene prelevato dall'edificio e scaricato nel terreno (serbatoio). La stessa pompa di calore può funzionare d'inverno per il riscaldamento e d'estate per il raffrescamento dell'edificio. Ovviamente una pompa di calore può riscaldare l'acqua per la fornitura di acqua calda sanitaria, climatizzare tramite ventilconvettori, riscaldare una piscina, raffreddare ad esempio una pista di pattinaggio, riscaldare tetti e percorsi di ghiaccio ...
Un'attrezzatura può svolgere tutte le funzioni di riscaldamento e raffreddamento di un edificio.

La situazione è tale che il modo più popolare per riscaldare una casa al momento è usare caldaie per il riscaldamento - gas, combustibile solido, diesel e molto meno spesso - elettriche. Ma sistemi così semplici e allo stesso tempo high-tech 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, che è estremamente importante non solo dal punto di vista della tutela ambientale, ma risparmia anche sulle 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 in esso inseriti viene pompato e scaricato al radiatore posto sulla parete posteriore. È facile verificarlo toccandolo. Il principio dei condizionatori d'aria domestici è simile: pompano il calore fuori dalla stanza e lo scaricano su un radiatore situato sulla parete esterna dell'edificio.

Il funzionamento di una pompa di calore, frigorifero e condizionatore d'aria è basato sul ciclo di Carnot.

1. Il liquido di raffreddamento che si muove lungo una fonte di calore a bassa temperatura, ad esempio il terreno, si riscalda di diversi gradi.
2. Quindi entra in uno scambiatore di calore chiamato evaporatore. Nell'evaporatore, il refrigerante trasferisce il calore accumulato al refrigerante. Refrigerante è un liquido speciale che si trasforma in vapore a basse temperature.
3. Dopo aver rilevato la temperatura dal liquido di raffreddamento, il refrigerante riscaldato si trasforma in vapore ed entra nel compressore. Il refrigerante viene compresso nel compressore, ad es. un aumento della sua pressione, a causa del quale aumenta anche la sua temperatura.
4. Il refrigerante compresso caldo entra in un altro scambiatore di calore chiamato condensatore. Qui il refrigerante cede il suo calore a un altro vettore di calore, che è fornito nel sistema di riscaldamento domestico (acqua, antigelo, aria). Questo raffredda il refrigerante e lo trasforma di nuovo in liquido.
5. Inoltre, il refrigerante entra nell'evaporatore, dove viene riscaldato da una nuova porzione del refrigerante riscaldato e il ciclo viene ripetuto.

La pompa di calore richiede elettricità per funzionare. Ma questo è ancora molto più redditizio rispetto all'utilizzo solo di un riscaldatore elettrico. Poiché un boiler elettrico o un riscaldatore elettrico consuma 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 3-7 volte più calore di quanto consuma elettricità. Ad esempio, 5,5 kW / h vengono utilizzati 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 "pompa di calore"

Ci sono molte leggende e idee sbagliate sulle pompe di calore, nonostante non sia un'invenzione così innovativa e high-tech. Con l'aiuto delle pompe di calore, tutti gli stati "caldi" degli USA, praticamente tutta l'Europa e il Giappone, dove la tecnologia è stata elaborata quasi all'ideale e per lungo tempo, vengono riscaldati. A proposito, non pensare che tale apparecchiatura sia una tecnologia puramente straniera e sia arrivata da noi abbastanza di recente. In effetti, anche in URSS, tali unità venivano utilizzate in strutture sperimentali. Un esempio di questo è il sanatorio Druzhba nella città di Yalta. Oltre all'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 utilizza pompe di calore industriali per il riscaldamento. 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 una casa in questo modo.

Vantaggi dei sistemi di riscaldamento a pompa di calore:

• Risparmio energetico.In relazione all'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 rapporto di trasformazione del calore "ϕ" (può anche essere chiamato il coefficiente di conversione del calore, il rapporto di trasformazione della potenza o della temperatura). Mostra il rapporto tra la quantità di calore emesso e l'energia spesa. Ad esempio, se ϕ \u003d 4, allora con un consumo di 1 kW / h otteniamo 4 kW / h di energia termica.
• Risparmio sulla manutenzione... La pompa di calore non necessita di 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 si costruisca una casa, anche in 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 degli impianti di riscaldamento più ottimali. E anche nelle regioni senza linee elettriche, è possibile installare un motore a benzina o diesel per mantenere in funzione il compressore.
• 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 andartene 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 ° C nel soggiorno.
• Sicuro per l'ambiente. Per fare un confronto, quando si utilizzano caldaie tradizionali che bruciano carburante, si formano sempre vari ossidi CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, di conseguenza sul terreno intorno alla casa si depositano acidi fosforici, nitrosi, solforici e benzoici. Quando la pompa di calore è in funzione, non viene emesso nulla. E i refrigeranti utilizzati nel sistema sono assolutamente sicuri.
• Può anche essere notato qui conservazione delle risorse naturali insostituibili del pianeta.
• Sicurezza per persone e cose... In una pompa di calore, niente si surriscalda abbastanza da provocare surriscaldamento o esplosione. Inoltre, non c'è semplicemente nulla da esplodere in esso. Quindi può essere classificato come unità completamente ignifuga.
• Le pompe di calore funzionano con successo anche a una temperatura ambiente di -15 ° C... Quindi, se qualcuno sembra che un tale sistema possa riscaldare una casa solo in regioni con inverni caldi fino a + 5 ° C, allora si sbaglia.
• Reversibilità della pompa di calore... Un vantaggio indiscutibile è la versatilità dell'unità, con l'aiuto della quale è possibile riscaldare sia d'inverno che rinfrescare d'estate. Nelle giornate calde, la pompa di calore preleva il calore dall'ambiente e lo convoglia nel terreno per la conservazione, da dove lo riprenderà in inverno. Si prega di notare che non tutte le pompe di calore sono reversibili, solo alcuni modelli.
• Durevolezza... 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 dei sistemi di riscaldamento a pompa di calore:

• Grande investimento iniziale. Oltre al fatto che i prezzi delle pompe di calore per il riscaldamento sono piuttosto elevati (da 3000 a 10000 euro), oltre alla sistemazione dell'impianto geotermico, sarà necessario 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 (tra 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 l'alimentazione di una rete gas e l'allacciamento ad essa costano quanto una pompa di calore, ha senso privilegiare quest'ultima.

• Nelle regioni in cui la temperatura in inverno scende sotto i -15 ° C, è necessario utilizzare una fonte di calore aggiuntiva... È chiamato impianto di riscaldamento bivalente, in cui la pompa di calore fornisce calore all'aperto fino a -20 ° C, e in caso di guasto, ad esempio, viene collegata una stufa elettrica o una caldaia a gas o un generatore di calore.

• Si consiglia di utilizzare una pompa di calore in sistemi con un vettore di calore a bassa temperatura, ad esempio impianto di riscaldamento a pavimento (+35 ° C) e ventilconvettori (+35 - +45 ° C). Ventilconvettorisono un ventilconvettore in cui il calore / freddo viene trasferito dall'acqua all'aria. Per dotare un tale sistema in una vecchia casa sarà necessaria una completa riqualificazione e ricostruzione, che comporterà costi aggiuntivi. Questo non è uno svantaggio quando si costruisce una nuova casa.
• Pompe di calore ecocompatibiliprendendo calore dall'acqua e dal suolo, un po 'relativo. 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, che forniscono l'attività vitale di sistemi più complessi. D'altra parte, rispetto alla produzione di petrolio o gas, il danno di una pompa di calore è minimo.

Fonti di calore per il funzionamento in pompa di calore

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

Priming

Il terreno è la fonte di calore più stabile che si accumula durante la stagione. A una profondità di 5-7 m, la temperatura del suolo è quasi sempre costante ed è di circa +5 - +8 ° С, ea una profondità di 10 m è sempre costante + 10 ° С. Esistono due modi per raccogliere il calore dal terreno.

Collettore di suolo 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 di 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 riscaldarsi 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. La forma del loro layout può anche essere diversa: serpente, anello, zigzag, varie spirali. La distanza tra i tubi nel serpente dovrebbe essere di almeno 0,6 me solitamente 0,8 - 1 m.

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 con un contenuto d'acqua molto elevato - 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 area del terreno per il collettore. Questo è abbastanza - 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 attrezzare un collettore orizzontale.

Un liquido speciale scorre attraverso i tubi del collettore, viene anche chiamato "salamoia" o antigeload esempio una soluzione al 30% di glicole etilenico o glicole propilenico. La "salamoia" raccoglie il calore dal terreno e viene convogliato alla pompa di calore, dove lo cede al refrigerante. La "salamoia" raffreddata rifluisce nel collettore a terra.

Sonda di terra verticale è un sistema di tubazioni interrate a 50 - 150 m Può essere un solo tubo a forma di U, calato ad una grande profondità di 80 - 100 me riempito di cemento. O forse un sistema di tubi a forma di U, ribassati 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 cercano un trucco e equipaggiano diverse sonde poco profonde. La distanza tra tali sonde è di 5-7 m.

Rimozione del calore specifico da un collettore verticale dipende anche dalla roccia:

• Rocce sedimentarie secche - 20 W / m;
• Rocce sedimentarie sature di acqua e terreno sassoso - 50 W / m;
• Terreno pietroso con un alto coefficiente di conducibilità termica - 70 W / m;
• Acque sotterranee (crimp) - 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 resa termica.

acqua

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

Collettore sul fondo di un laghetto aperto senza congelamento - 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 è più lontano di 50 m possono equipaggiare il collettore dell'acqua, altrimenti l'efficienza dell'installazione andrà persa. Come hai capito, non tutti hanno queste condizioni. Ma è semplicemente miope e stupido non usare pompe di calore per i residenti costieri.

Collettore di fogna o le acque reflue dopo gli impianti tecnici possono essere utilizzate per riscaldare case e persino grattacieli e imprese industriali all'interno della città, nonché per preparare l'acqua calda. Cosa si sta facendo con successo in alcune città della nostra Patria.

Pozzo trivellato 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 ad una distanza di 15-20 m dal primo e anche a valle (anche la falda ha un proprio corso). Questo sistema è abbastanza difficile da utilizzare, poiché la qualità dell'acqua fornita deve essere monitorata, filtrata e le parti della pompa di calore (evaporatore) devono essere protette dalla corrosione e dalla contaminazione.

Aria

Il design più semplice è impianto di riscaldamento a pompa di calore ad aria... Non è necessario alcun collettore aggiuntivo. L'aria dell'ambiente va direttamente all'evaporatore, dove trasferisce 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'installazione dipendono molto dalla temperatura dell'aria. Nelle regioni con inverni caldi (fino a +5 - 0 ° С) è una delle fonti di calore più economiche. Ma se la temperatura dell'aria scende sotto i -15 ° C, le prestazioni diminuiscono così tanto che non ha senso usare una pompa, ma è più vantaggioso accendere una stufa elettrica o una caldaia convenzionale.

Le recensioni sulle pompe di calore ad aria per il riscaldamento sono molto controverse. Tutto dipende dalla regione in cui vengono utilizzati. 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 climi umidi e freddi, tali installazioni soffrono di formazione di ghiaccio e congelamento. I ghiaccioli attaccati alla ventola impediscono all'intero sistema di funzionare normalmente.

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

La potenza della pompa di calore è selezionata in base alle funzioni che le verranno assegnate. Se si tratta solo di 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 di 12 o 16 kW.

Costo della pompa di calore dipende non solo dalla potenza, ma anche dall'affidabilità e dalle richieste del produttore. Ad esempio, un'unità da 16 kW di fabbricazione russa avrà un costo di $ 7.000 e una pompa estera RFM 17 da 17 kW costa circa $ 13.200. con tutte le relative attrezzature, ad eccezione del raccoglitore.

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

Un collettore nella parte inferiore del serbatoio costerà un po 'meno. Alle stesse condizioni costerà $ 11.000. Ma è meglio chiarire il costo di installazione di un impianto 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 2500 USD. E per una pompa di calore ad aria, un collettore non è affatto necessario.

In totale, il costo della pompa di calore è di 8000 USD. in media, la disposizione del collezionista è di 6000 USD. media.

Comprende solo il costo mensile del riscaldamento con pompa di calore 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 energetico è di 5,5 kW / h. In totale, il sistema di riscaldamento funziona 225 giorni all'anno, ad es. 5400 ore. Tenendo conto del fatto che la pompa di calore e il compressore in essa funzionano ciclicamente, il consumo di energia deve essere dimezzato. Durante la stagione di riscaldamento, verranno spesi 5400 h * 5,5 kW / h / 2 \u003d 14850 kW.

Moltiplichiamo il numero di kW spesi per il costo del vettore energetico nella tua regione. Ad esempio, 0,05 c.u. per 1 kW / ora. In totale, verranno spesi 742,5 USD per l'anno. Per ogni mese, in cui la pompa di calore ha funzionato per il riscaldamento, ci sono $ 100. costi dell'elettricità. Se dividiamo le spese per 12 mesi, otterremo 60 USD al mese.

Si noti che minore è il consumo di energia della pompa di calore, minori saranno 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 di una pompa di calore siano maggiori, minore è la differenza di temperatura tra la fonte di calore e il liquido di raffreddamento nell'impianto di riscaldamento. Questo è il motivo per cui affermano che è più redditizio installare il riscaldamento a pavimento e i ventilconvettori. Sebbene sia possibile installare anche radiatori per riscaldamento standard con portatore 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 nel periodo estivo, 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.

Una pompa di calore è un dispositivo che trasferisce energia termica da un corpo meno riscaldato a un corpo più riscaldato, aumentandone la temperatura. Negli ultimi anni le pompe di calore sono state molto richieste come fonte di energia termica alternativa, che ti permette di ottenere davvero calore economicosenza inquinare l'ambiente.

Oggi sono prodotti da molti produttori di apparecchiature per il riscaldamento e la tendenza generale è che nei prossimi anni saranno le pompe di calore ad occupare le posizioni di leader nella gamma di apparecchiature per il riscaldamento.

In genere, le pompe di calore utilizzano calore delle acque sotterranee, la cui temperatura è approssimativamente allo stesso livello tutto l'anno ed è di + 10 ° C, il calore dell'ambiente o dei corpi idrici.

Il principio del loro funzionamento si basa sul fatto che qualsiasi corpo con una temperatura superiore al valore dello zero assoluto ha una riserva di energia termica, che è direttamente proporzionale alla sua massa e capacità termica specifica. È chiaro che i mari, gli oceani, così come le acque sotterranee, la cui massa è grande, hanno un enorme apporto di energia termica, il cui utilizzo parziale per il riscaldamento di una casa non influisce in alcun modo sulla loro temperatura e sul situazione sul pianeta.

L'energia termica "porta via" da qualsiasi corpo può essere solo raffreddata. La quantità di calore rilasciata durante questo (in una forma primitiva) può essere calcolata dalla formula

Q \u003d CM (T2-T1) dove

Q- ha ricevuto calore

C -capacità termica

M - peso

T1 T2 - la differenza di temperatura alla quale il corpo è stato raffreddato

La formula mostra che quando un chilogrammo di liquido di raffreddamento viene raffreddato da 1000 gradi a 0 gradi, si può ottenere la stessa quantità di calore di quando si raffredda 1000 kg di liquido di raffreddamento da 1 ° C a 0 ° C.

L'importante è poter utilizzare l'energia termica e indirizzarla al riscaldamento di edifici residenziali e locali industriali.

L'idea di utilizzare l'energia termica di corpi meno riscaldati è nata a metà del XIX secolo e la sua paternità appartiene al famoso scienziato dell'epoca, Lord Kelvin. Tuttavia, la sua attività non è progredita oltre l'idea generale. Il primo progetto di pompa di calore fu proposto nel 1855 e apparteneva a Peter Ritter per Rittenger. Ma non ha ricevuto sostegno e non ha trovato alcuna applicazione pratica.

La "rinascita" della pompa di calore risale alla metà degli anni Quaranta del secolo scorso, quando si diffusero i comuni frigoriferi domestici. Sono stati loro a spingere lo svizzero Robert Weber all'idea di utilizzare il calore generato dal congelatore per riscaldare l'acqua per le necessità domestiche.

L'effetto risultante è stato sbalorditivo: la quantità di calore era così grande che era sufficiente non solo per la fornitura di acqua calda, ma anche per il riscaldamento dell'acqua per il riscaldamento. È vero, allo stesso tempo era necessario lavorare sodo e ideare un sistema di scambiatori di calore che permettesse di utilizzare l'energia termica rilasciata dal frigorifero.

Tuttavia, all'inizio, l'invenzione di Robert Weber è stata vista come un'idea divertente, ed è stata percepita come idee dalla famosa colonna moderna "Crazy Hands". Il vero interesse per esso è sorto molto più tardi, quando la questione della ricerca di fonti energetiche alternative era davvero acuta. Fu allora che l'idea di una pompa di calore prese la sua forma moderna e la sua applicazione pratica.

Le moderne pompe di calore possono essere classificate in base alla fonte di calore a bassa temperatura, che può essere il suolo, l'acqua (in un serbatoio aperto o sotterraneo) e l'aria esterna.

L'energia termica risultante può essere trasferita all'acqua e utilizzata per il riscaldamento dell'acqua calda e la fornitura di acqua calda, nonché per l'aria, e utilizzata per il riscaldamento e la climatizzazione. In quest'ottica, le pompe di calore si dividono in 6 tipologie:

• Dal suolo all'acqua (dal suolo all'acqua)
• Dal suolo all'aria (dal suolo all'aria)
• Dall'acqua all'acqua (dall'acqua all'acqua)
• Dall'acqua all'aria (dall'acqua all'aria)
• Aria all'acqua (aria all'acqua)
• Aria nell'aria (aria nell'aria)

Ogni tipo di pompa di calore ha le proprie caratteristiche di installazione e funzionamento.

Metodo di installazione e caratteristiche di funzionamento della pompa di calore ACQUA SOTTERRANEA

• Fornitore unico del suolo di energia termica a bassa temperatura

Il suolo ha una quantità colossale di energia termica a bassa temperatura. È la crosta terrestre che accumula costantemente il calore solare e allo stesso tempo viene riscaldata dall'interno, dal nucleo del pianeta. Di conseguenza, a una profondità di diversi metri, il terreno ha sempre una temperatura positiva. Di norma, nella parte centrale della Russia si parla di 150-170 cm, è a questa profondità che la temperatura del suolo ha un valore positivo e non scende sotto i 7-8 C.

Un'altra caratteristica del terreno è che, anche in caso di forti gelate, si congela gradualmente. Di conseguenza, la temperatura minima del suolo a una profondità di 150 cm viene osservata quando la primavera del calendario è già in superficie e la richiesta di calore per il riscaldamento diminuisce.

Ciò significa che per "sottrarre" calore al suolo nella regione centrale della Russia, gli scambiatori di calore per l'accumulo di energia termica devono essere posizionati ad una profondità inferiore a 150 cm.

In questo caso il liquido di raffreddamento circolante nell'impianto a pompa di calore, passando attraverso gli scambiatori di calore, verrà riscaldato per effetto del calore del terreno, quindi, entrando nell'evaporatore, cede calore all'acqua circolante nell'impianto di riscaldamento e lo restituisce per un nuova porzione di energia termica.

• Cosa può essere usato come refrigerante

La cosiddetta "salamoia" viene spesso utilizzata come vettore di calore nelle pompe di calore dell'acqua di falda. È preparato da acqua e glicole etilenico o glicole propilenico. Alcuni sistemi utilizzano il freon, il che complica notevolmente il design della pompa di calore e porta ad un aumento del suo costo. Il fatto è che lo scambiatore di calore di questo tipo di pompa deve avere una grande area di scambio termico, quindi, e il volume interno, che richiede una quantità adeguata di vettore di calore.

Uso di freon pur aumentando l'efficienza della pompa di calore, richiede l'assoluta tenuta dell'impianto e la sua resistenza all'alta pressione.

Per i sistemi con "salamoia" gli scambiatori di calore sono generalmente realizzati con tubi in polimero, il più delle volte in polietilene, con un diametro di 40-60 mm. Gli scambiatori di calore sono progettati come collettori orizzontali o verticali.

Si tratta di un tubo posato nel terreno ad una profondità inferiore a 170 cm, per questo è possibile utilizzare qualsiasi pezzo di terreno non edificato. Per comodità e per aumentare l'area di scambio termico, il tubo viene posato a zigzag, anelli, spirale, ecc. In futuro, questo pezzo di terra potrà essere utilizzato come prato, aiuola o orto. Va notato che lo scambio termico tra il terreno e il collettore è migliore in un ambiente umido. Pertanto, la superficie del terreno può essere annaffiata e fertilizzata in sicurezza.

Si ritiene che una media di 1 m2 di terreno fornisca da 10 a 40 watt di energia termica. A seconda della necessità di energia termica, può esserci un numero qualsiasi di anelli del collettore.

Un collettore verticale è un sistema di tubi installati verticalmente nel terreno. Per questo, i pozzi vengono perforati a una profondità da diversi metri a decine o addirittura centinaia di metri. Molto spesso, il collettore verticale è a stretto contatto con le acque sotterranee, ma non lo è condizione necessaria per il suo funzionamento. Cioè, un serbatoio sotterraneo installato verticalmente può essere "a secco".

Il raccoglitore verticale, proprio come quello orizzontale, può essere di quasi tutti i design. I sistemi più diffusi sono i sistemi "pipe-in-pipe" e "loop", attraverso i quali la salamoia viene pompata verso il basso e risale all'evaporatore.

Va notato che i collettori verticali sono i più produttivi. Ciò è spiegato dalla loro posizione a grandi profondità, dove la temperatura è quasi sempre allo stesso livello ed è di 1-12 C.Quando li si utilizza da 1 m2, è possibile ottenere da 30 a 100 watt di potenza. Se necessario, il numero di pozzi può essere aumentato.

Per migliorare il processo di trasferimento del calore tra il tubo e il terreno, lo spazio tra di loro viene versato con cemento.

• Vantaggi e svantaggi delle pompe di calore terra-acqua

L'installazione di una pompa di calore terra-acqua richiede investimenti finanziari significativi, ma il suo funzionamento consente di ottenere energia termica quasi gratuita. Ciò non causa alcun danno all'ambiente.

Tra i vantaggi di questo tipo di pompa di calore va notato:

• Durevole: può funzionare per decenni di seguito senza riparazioni e manutenzione
• Facilità di utilizzo
• Possibilità di utilizzare un appezzamento di terreno per l'agricoltura
• Rapido recupero dell'investimento: riscaldando locali di una vasta area, ad esempio da 300 m2 e oltre, la pompa si ripaga da sola in 3-5 anni.

Considerando che l'installazione di uno scambiatore di calore nel terreno è un lavoro agrotecnico complesso, devono essere eseguite con uno sviluppo preliminare del progetto.

Come funziona una pompa di calore

La pompa di calore è composta dai seguenti elementi:

• Compressore alimentato da una rete elettrica convenzionale
• Evaporatore
• Condensatore
• Capillare
• Termostato
• Fluido di lavoro o refrigerante, il cui ruolo è il più adatto

Il principio di funzionamento di una pompa di calore può essere descritto utilizzando il noto da corso scolastico fisica "Ciclo di Carnot".

Il gas (freon) che entra nell'evaporatore attraverso il capillare si espande, la sua pressione diminuisce, il che porta alla sua successiva evaporazione, in cui, a contatto con le pareti dell'evaporatore, rimuove attivamente il calore da esse. La temperatura delle pareti diminuisce, il che crea una differenza di temperatura tra loro e la massa in cui si trova la pompa di calore. Tipicamente, si tratta di acque sotterranee, acqua di mare, lago o massa terrestre. Non è difficile intuire che in questo caso inizia il processo di trasferimento di energia termica da un corpo più riscaldato a un corpo meno riscaldato, che in questo caso sono le pareti dell'evaporatore. In questa fase di funzionamento, la pompa di calore "pompa fuori" il calore dal fluido vettore di calore.

Nella fase successiva, il refrigerante viene aspirato dal compressore, quindi compresso e pressurizzato nel condensatore. Nel processo di compressione, la sua temperatura aumenta e può variare da 80 a 120 C, il che è più che sufficiente per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda di un edificio residenziale. Nel condensatore, il refrigerante cede la sua riserva di energia termica, si raffredda, si trasforma in uno stato liquido e quindi entra nel capillare. Quindi il processo viene ripetuto.

Per controllare il funzionamento della pompa di calore, viene utilizzato un termostato, con l'aiuto del quale viene interrotta l'alimentazione di energia elettrica all'impianto quando l'ambiente raggiunge la temperatura impostata e la pompa riprende quando la temperatura scende al di sotto di un valore predeterminato.

La pompa di calore può essere utilizzata come fonte di energia termica e può essere abbinata a sistemi di riscaldamento simili a sistemi di riscaldamento basati su caldaia o stufa. Un esempio di un tale sistema è mostrato nel diagramma sopra.

Si precisa che il funzionamento della pompa di calore è possibile solo quando è collegata ad una fonte di energia elettrica. In questo caso si può erroneamente ritenere che l'intero sistema di riscaldamento sia basato sull'utilizzo di energia elettrica. Per trasferire 1 kW di energia termica all'impianto di riscaldamento, infatti, è necessario spendere circa 0,2-0,3 kW di energia elettrica.

Vantaggi della pompa di calore

Tra i vantaggi di una pompa di calore ci sono:

• Alta efficienza
• La possibilità di passare dalla modalità riscaldamento alla modalità condizionamento e il suo successivo utilizzo estivo per raffrescare i locali
• Possibilità di utilizzare un efficiente sistema di controllo automatico
• Sicurezza ambientale
• Compattezza (non più di un frigorifero domestico)
• Funzionamento silenzioso
• Sicurezza antincendio, che è particolarmente importante per il riscaldamento delle case di campagna

Tra gli svantaggi di una pompa di calore, va notato costo elevato e complessità di installazione.

Schema dell'articolo

Una pompa di calore è un dispositivo che riscalda l'acqua dei sistemi di riscaldamento e di fornitura di acqua calda comprimendo il freon, inizialmente riscaldato da una fonte di calore di bassa qualità, con un compressore a 28 bar. Essendo esposto ad alta pressione, il portatore di calore gassoso con una temperatura iniziale di 5-10 ° C; genera molto calore. Ciò consente di riscaldare il liquido di raffreddamento del sistema di consumo fino a 50-60 ° C senza l'utilizzo di combustibili tradizionali. Pertanto, si ritiene che la pompa di calore fornisca all'utente il calore più economico.

Per maggiori dettagli sui vantaggi e gli svantaggi, guarda il video:

Tali apparecchiature sono in funzione da più di 40 anni in Svezia, Danimarca, Finlandia e altri paesi che supportano lo sviluppo di energie alternative a livello statale. Non così attivamente, ma con maggiore sicurezza ogni anno, le pompe di calore entrano nel mercato russo.

Scopo dell'articolo:rivedere i modelli popolari di pompe di calore. Le informazioni saranno utili a chi cerca di risparmiare il più possibile sul riscaldamento e sulla fornitura di acqua calda per la propria abitazione.

La pompa di calore riscalda la casa con l'energia gratuita della natura

In teoria, l'estrazione del calore è possibile dall'aria, dal suolo, dalle acque sotterranee, dalle acque reflue (anche da una fossa settica e da una stazione di pompaggio delle acque reflue), serbatoi aperti. In pratica, nella maggior parte dei casi è stata dimostrata l'opportunità di utilizzare apparecchiature che raccolgono energia termica dall'aria e dal suolo.

Le opzioni con l'estrazione del calore da una fossa settica o una stazione di pompaggio delle acque reflue (SPS) sono le più allettanti. Guidando un refrigerante da 15-20 ° C attraverso l'HP, si possono ottenere almeno 70 ° C in uscita. Ma questa opzione è accettabile solo per un sistema di fornitura di acqua calda. Il circuito di riscaldamento riduce la temperatura nella sorgente "allettante". Il che porta a una serie di spiacevoli conseguenze. Ad esempio, congelamento degli scarichi; e se il circuito di scambio termico della pompa di calore si trova sulle pareti del pozzetto, allora la fossa settica stessa.

Le pompe di calore più diffuse per le esigenze di CO e fornitura di acqua calda sono dispositivi geotermici (che utilizzano il calore della terra). Si distinguono per le loro migliori prestazioni in climi caldi e freddi, in terreni sabbiosi e argillosi con diversi livelli di acque sotterranee. Perché la temperatura del suolo al di sotto della profondità di congelamento difficilmente cambia durante l'anno.

Come funziona la pompa di calore

Il vettore di calore è riscaldato da una fonte di calore di bassa qualità (5 ... 10 ° C). La pompa comprime il refrigerante, la cui temperatura aumenta contemporaneamente (50 ... 60 ° C) e riscalda il vettore di calore dell'impianto di riscaldamento o la fornitura di acqua calda.

Nel processo di funzionamento HP, sono coinvolti tre circuiti di riscaldamento:

• esterno (sistema con liquido di raffreddamento e pompa di circolazione);
• intermedio (scambiatore di calore, compressore, condensatore, evaporatore, valvola a farfalla);
• circuito utenze (pompa di circolazione, riscaldamento a pavimento, radiatori; per la fornitura di acqua calda - serbatoio, punti di prelievo).

Il processo stesso è simile a questo:

Circuito di recupero del calore

1. Il terreno riscalda la salamoia.
2. La pompa di circolazione solleva la salamoia nello scambiatore di calore.
3. La soluzione viene raffreddata con un refrigerante (freon) e restituita al suolo.

Scambiatore di calore

1. Il freon liquido, evaporando, prende l'energia termica dalla salamoia.
2. Il compressore comprime il refrigerante e la sua temperatura aumenta bruscamente.
3. Nel condensatore, il freon attraverso l'evaporatore cede energia all'agente di riscaldamento del circuito di riscaldamento e diventa nuovamente liquido.
4. Il refrigerante raffreddato scorre attraverso la valvola a farfalla fino al primo scambiatore di calore.

Circuito di riscaldamento

1. Il refrigerante riscaldato dell'impianto di riscaldamento viene aspirato dalla pompa di circolazione agli elementi dissipativi.
2. Fornisce energia termica alla massa d'aria della stanza.
3. Il refrigerante raffreddato viene restituito attraverso il tubo di ritorno allo scambiatore di calore intermedio.

Video da descrizione dettagliata processi:

Quale è più conveniente per il riscaldamento: elettricità, gas o una pompa di calore?

Ecco i costi di collegamento di ogni tipo di riscaldamento. Prendiamo la regione di Mosca per presentare il quadro generale. Nelle regioni, i prezzi possono differire, ma il rapporto prezzo rimarrà lo stesso. Nei calcoli, assumiamo che il sito sia "nudo", senza gas ed elettricità.

Costi di connessione

Pompa di calore.Posa di un contorno orizzontale a prezzi MO - 10.000 rubli per cambiare un escavatore con una benna ferma (seleziona fino a 1.000 m³ di terreno in 8 ore). Il sistema per una casa di 100 m² sarà scavato in 2 giorni (questo vale per il terriccio, sul quale è possibile rimuovere fino a 30 W di energia termica da 1 ml del circuito). Saranno necessari circa 5.000 rubli per preparare il circuito per il lavoro. Di conseguenza, l'opzione orizzontale di posizionare il circuito primario costerà 25.000.

Il pozzo sarà più costoso (1.000 rubli per metro lineare, tenendo conto dell'installazione di sonde, collegandole a una linea, rifornendo di carburante con refrigerante e prove di pressione.), Ma molto più redditizio per il funzionamento futuro. Con un'area occupata più piccola del sito, il rendimento aumenta (per un pozzo di 50 m - almeno 50 W per metro). Le esigenze della pompa sono coperte, appare un potenziale aggiuntivo. Pertanto, l'intero sistema non funzionerà per usura, ma con una certa riserva di carica. Posiziona 350 metri del contorno in pozzi verticali - 350.000 rubli.

Caldaia a gas. Nella regione di Mosca, Mosoblgaz richiede da 260.000 rubli per il collegamento alla rete del gas, i lavori sul sito e l'installazione della caldaia.

Boiler elettrico. Il collegamento di una rete trifase avrà un costo di 10.000 rubli: 550 - alle reti elettriche locali, il resto - per un quadro elettrico, un contatore e altro riempimento.

Consumo

Per far funzionare una pompa di calore con una potenza termica di 9 kW, sono necessari 2,7 kW / h di elettricità - 9 rubli. 53 copechi in un'ora,

Il calore specifico durante la combustione di 1 m³ di gas è lo stesso 9 kW. Il gas domestico per la regione di Mosca è fissato a 5 rubli. 14 copechi per metro cubo

La caldaia elettrica consuma 9 kW / h \u003d 31 rubli. 77 copechi in un'ora. La differenza con TN è quasi 3,5 volte.

Sfruttamento

• Se viene fornito il gas, l'opzione più economica per il riscaldamento è una caldaia a gas. L'attrezzatura (9 kW) costa almeno 26.000 rubli, il pagamento mensile per il gas (12 ore al giorno) sarà di 1.850 rubli.
• Le apparecchiature elettriche potenti sono più redditizie dal punto di vista dell'organizzazione di una rete trifase e dell'acquisto dell'attrezzatura stessa (caldaie - da 10.000 rubli). Una casa calda costerà 11.437 rubli al mese.
• Tenendo conto dell'investimento iniziale nel riscaldamento alternativo (apparecchiature 275.000 e installazione di un circuito orizzontale 25.000), una pompa di calore che consuma elettricità di 3.430 rubli / mese si ripagherà non prima di 3 anni.

Confrontando tutte le opzioni di riscaldamento, a condizione che un sistema venga creato da zero, diventa ovvio: il gas non sarà molto più redditizio di una pompa di calore geotermica e il riscaldamento con l'elettricità nei futuri 3 anni perde irrimediabilmente entrambe queste opzioni.

È possibile trovare calcoli dettagliati a favore del funzionamento di una pompa di calore guardando un video del produttore:

Alcune aggiunte ed esperienze di funzionamento efficace sono evidenziate in questo video:

Caratteristiche principali

Quando si sceglie l'attrezzatura dall'intera varietà di caratteristiche, prestare attenzione alle seguenti caratteristiche.

Le principali caratteristiche delle pompe di calore

Caratteristiche	Gamma di valori	Caratteristiche:
Potenza termica, kW	Fino a 8	Locali con una superficie non superiore a 80 - 100 m², con un'altezza del soffitto non superiore a 3 m.
	8-25	Per case di campagna a un livello con un soffitto di 2,5 m, una superficie di 50 m2; cottage per residenza permanente, fino a 260 m².
	Più di 25 anni	Si consiglia di considerare edifici residenziali a 2-3 livelli con soffitti di 2,7 m; impianti industriali - non più di 150 m², con un'altezza del soffitto di 3 o più.
Consumo energetico delle apparecchiature principali (limitazione del consumo di elementi ausiliari) kW / h	Da 2 (da 6)	Caratterizza il consumo energetico del compressore e delle pompe di circolazione (resistenza).
Schema di lavoro	Aria nell'aria	L'energia termica trasformata dell'aria viene trasferita all'ambiente da un flusso di aria riscaldata attraverso il sistema split.
	Aria - acqua	L'energia prelevata dall'aria fatta passare attraverso il dispositivo viene trasferita al refrigerante del sistema di riscaldamento a liquido.
	Acqua salmastra	Il trasferimento di energia termica da una fonte rinnovabile viene effettuato da una soluzione di sodio o di calcio.
	Acqua-acqua	Attraverso la linea principale del circuito primario aperto, l'acqua di falda trasporta l'energia termica direttamente allo scambiatore di calore.
Temperatura di uscita del liquido di raffreddamento, ° С	55-70	L'indicatore è importante per calcolare le perdite su un lungo circuito di riscaldamento e quando si organizza un sistema di riscaldamento caldo aggiuntivo.
Tensione di rete, V	220, 380	Monofase: consumo energetico non superiore a 5,5 kW, solo per una rete domestica stabile (leggermente caricata); il più economico - solo attraverso lo stabilizzatore. Se è presente una rete a 380 V, sono preferibili dispositivi trifase: una gamma più ampia di potenze, meno probabilità di "affondare" la rete.

Tabella riassuntiva dei modelli

Nell'articolo abbiamo esaminato i modelli più diffusi, individuato i loro punti di forza e di debolezza. L'elenco dei modelli si trova nella seguente tabella:

Tabella riassuntiva dei modelli

Modello (paese di origine)	Caratteristiche:	prezzo, strofinare.
Pompe di calore per il riscaldamento di piccoli ambienti o per la fornitura di acqua calda
1.	Sistema aria-acqua; funziona da una rete monofase; la linea di condensa sporgente è inserita nel serbatoio dell'acqua.	184 493
2.	"Acqua salmastra"; alimentazione da una rete trifase; controllo della potenza variabile; la possibilità di collegare apparecchiature aggiuntive - recuperatore, apparecchiature multitemperatura.	355 161
3.	Una pompa di calore aria / acqua alimentata da rete 220V e funzione antigelo.	524 640
Attrezzature per sistemi di riscaldamento di cottage per residenza permanente
4.	Lo schema "acqua - acqua". Affinché la pompa di calore sia in grado di fornire una temperatura stabile di 62 ° C del liquido di raffreddamento nell'impianto di riscaldamento, le capacità di un set di un compressore e pompe (1,5 kW) sono integrate da un riscaldatore elettrico con una potenza di 6 kW .	408 219
5.	Sulla base dello schema "aria-acqua", in un dispositivo, costituito da due blocchi, si realizzano le potenzialità dei dispositivi di raffreddamento e riscaldamento.	275 000
6.	"Acqua salmastra", il dispositivo riscalda il portatore di calore per radiatori fino a 60 ° C, può essere utilizzato nell'organizzazione di impianti di riscaldamento a cascata.	323 300
7.	Un serbatoio di accumulo per un sistema di fornitura di acqua calda per 180 litri di liquido di raffreddamento si trova in un alloggiamento con una pompa geotermica	1 607 830
Potenti pompe di calore per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda
8.	È possibile l'estrazione del calore dal suolo e dalle acque sotterranee; il funzionamento come parte di sistemi in cascata e il controllo remoto sono possibili; funziona da una rete trifase.	708 521
9.	Acqua salmastra; il controllo della potenza del compressore e della velocità della pompa di circolazione avviene mediante regolazione della frequenza; scambiatore di calore aggiuntivo; rete - 380 V.	1 180 453
10.	lo schema di lavoro "acqua-acqua"; pompe integrate del circuito primario e secondario; è prevista la possibilità di collegare impianti solari.	630 125

Pompe di calore per il riscaldamento di piccoli ambienti o per la fornitura di acqua calda

Scopo: riscaldamento economico di locali residenziali e ausiliari, manutenzione del sistema di fornitura di acqua calda. Il consumo più basso (fino a 2 kW) è assegnato ai modelli monofase. Per proteggersi dagli sbalzi di tensione, hanno bisogno di uno stabilizzatore. L'affidabilità del trifase, è spiegata dalle peculiarità della rete (il carico è distribuito in modo uniforme) e dalla presenza di propri circuiti di protezione, che prevengono danni al dispositivo durante le sovratensioni. Le apparecchiature di questa categoria non sempre fanno fronte alla manutenzione simultanea dell'impianto di riscaldamento e del circuito dell'acqua calda.

1. Huch EnTEC VARIO PRC S2-E (Germania) - da 184 493 rubli.

Huch EnTEC VARIO non può essere utilizzato in modo indipendente. Solo in combinazione con il serbatoio di accumulo del sistema di fornitura di acqua calda. TH riscalda l'acqua per esigenze igienico-sanitarie, raffreddando l'aria nell'ambiente.

Tra i vantaggi vi sono il basso consumo energetico del dispositivo, la temperatura dell'acqua accettabile nel circuito ACS e la funzione di pulizia dell'impianto (mediante riscaldamento periodico di breve durata a 60 ° C) dai batteri patogeni che si sviluppano in un ambiente umido.

Gli svantaggi sono che le guarnizioni, le flange e un collare devono essere acquistati separatamente. Assicurati di originale, altrimenti ci saranno strisce.

In fase di calcolo va ricordato che il dispositivo pompa 500 m³ di aria all'ora, pertanto l'area minima del locale in cui è installato Huch EnTEC VARIO deve essere di almeno 20 m², con un'altezza del soffitto di 3 metri o più .

2. NIBE F1155-6 EXP (Svezia) - da 355 161 rubli.

Il modello è dichiarato apparecchiatura "intelligente", con adeguamento automatico alle esigenze della struttura. È stato introdotto un circuito di alimentazione inverter per il compressore - ora è possibile regolare la potenza di uscita.

La presenza di una tale funzione con un numero ridotto di utenze (punti di prelievo, radiatori di riscaldamento) rende il riscaldamento di una piccola casa più redditizio rispetto a una pompa di calore convenzionale, non inverter (che non ha un avvio graduale il compressore e la potenza in uscita non è regolata). Perché in NIBE, a bassi valori di potenza, gli elementi riscaldanti vengono accesi raramente e il consumo massimo della pompa di calore non supera i 2 kW.

Il rumore (47 dB) non è accettabile in un piccolo oggetto. La migliore opzione di installazione è una stanza separata. Posizionare l'imbracatura sulle pareti non adiacenti ai bagni.

3. Fujitsu WSYA100DD6 (Giappone) - da 524 640 rubli.

"Out of the box" funziona solo per il riscaldamento in un circuito. Viene offerto un kit opzionale per il collegamento di un secondo circuito, con possibilità di regolazione indipendente per ciascuno. Ma la stessa pompa di calore è progettata per un sistema di riscaldamento della stanza fino a 100 m², con un'altezza del soffitto non superiore a 3 metri.

L'elenco dei vantaggi include dimensioni ridotte, funzionamento da un alimentatore domestico, regolazione della temperatura in uscita 8 ... 55 ° C, che, secondo il piano del produttore, dovrebbero in qualche modo influenzare il comfort e l'accuratezza del controllo dei sistemi collegati.

Ma tutto è stato cancellato dalla bassa potenza. Nel nostro clima, riscaldando i 100 m² dichiarati, il dispositivo funzionerà per usura. Ciò è confermato dalle frequenti transizioni del dispositivo in modalità "emergenza", con pompa scollegata ed errori sul display. Il caso non è garantito. Corretto riavviando l'apparecchiatura.

Gli "incidenti" influenzano il consumo di energia. Perché quando il compressore si ferma, l'elemento riscaldante si accende. Pertanto, il collegamento congiunto di circuiti di riscaldamento e riscaldamento a pavimento (o fornitura di acqua calda) è consentito su un oggetto di non più di 70 m².

Apparecchiature per sistemi di riscaldamento di tipici cottage per residenza permanente

Qui ci sono dispositivi geotermici, aria e acqua (che rimuovono l'energia termica dall'acqua sotterranea). La potenza di uscita dichiarata (almeno 8 kW) è sufficiente per fornire calore a tutti i sistemi di consumo delle case di campagna (e di residenza permanente). Molte pompe di calore in questa categoria hanno una modalità di raffreddamento. I circuiti di potenza dell'inverter introdotti sono responsabili dell'avvio regolare del compressore, grazie al suo funzionamento regolare, il delta (differenza di temperatura) del liquido di raffreddamento diminuisce. Viene mantenuta la modalità di funzionamento ottimale del circuito (senza surriscaldamento e raffreddamento inutili). Ciò consente di ridurre il consumo energetico in tutte le modalità di funzionamento HP. Il più grande effetto economico è nei dispositivi aria-aria.

4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Germania) - da 408.219 rubli.

L'utilizzo dell'acqua del pozzo come refrigerante primario (solo VWW) ha permesso di semplificare la progettazione e ridurre il costo dell'HP senza perdere produttività.

Il dispositivo presenta un basso consumo energetico nella modalità operativa di base e un basso livello di rumorosità.

Minus Vaillant - esigenza dell'acqua (casi noti di danneggiamento della linea di alimentazione e dello scambiatore di calore con composti di ferro e manganese); il lavoro con acque saline dovrebbe essere escluso. La situazione non è garantita, ma se l'installazione è stata eseguita dagli specialisti del centro di assistenza, c'è qualcuno che può presentare un reclamo.

È necessario un locale asciutto e protetto dal gelo con un volume di almeno 6,1 m³ (2,44 m² con un soffitto di 2,5 m). La formazione di gocce sotto la pompa non è un difetto (è consentito lo scarico della condensa dalle superfici dei circuiti isolati).

5. LG Therma V AH-W096A0 (Corea) - da 275.000 rubli.

Pompa di calore aria-acqua. Il dispositivo è composto da 2 moduli: quello esterno preleva energia termica dalle masse d'aria, quello interno la trasforma e la cede all'impianto di riscaldamento.

Il vantaggio principale è la versatilità. Può essere configurato sia per il riscaldamento che per il raffreddamento dell'oggetto.

Lo svantaggio di questa serie LG Therma è che il suo potenziale (e l'intera linea) non è sufficiente per le esigenze di un cottage con una superficie di oltre 200 m².

Un punto importante: i blocchi di lavoro di un sistema bicomponente non possono essere distribuiti più di 50 m in orizzontale e 30 m in verticale.

6. STIEBEL ELTRON WPF 10MS (Germania) - da 323 300 rubli.

La WPF 10MS è la pompa di calore STIEBEL ELTRON più potente.

Tra i vantaggi vi sono una modalità di riscaldamento regolabile automaticamente e la possibilità di collegare 6 dispositivi in \u200b\u200bcascata (si tratta di un collegamento in parallelo o in serie di dispositivi per aumentare la portata, la pressione o organizzare una riserva di emergenza) con una capacità fino a a 60 kW.

Lo svantaggio è che l'organizzazione di una potente rete elettrica per la connessione simultanea di 6 di tali dispositivi è possibile solo con il permesso del dipartimento locale di Rostekhnadzor.

C'è una particolarità nell'impostazione delle modalità: dopo aver apportato le necessarie regolazioni al programma, è necessario attendere lo spegnimento della spia di controllo. In caso contrario, dopo aver chiuso il coperchio, il sistema tornerà alle impostazioni originali.

7. Daikin EGSQH10S18A9W (Giappone) - da 1 607 830 rubli.

Un potente dispositivo per la fornitura simultanea di calore a CO, ACS e riscaldamento a pavimento di un edificio residenziale con una superficie fino a 130 mq.

Modalità programmabili e controllate dall'utente; tutti i circuiti serviti sono monitorati entro i parametri specificati; c'è un accumulo integrato (per il fabbisogno di acqua calda) per 180 litri e riscaldatori ausiliari.

Tra le carenze - un potenziale impressionante, che non sarà completamente utilizzato nella casa di 130 m²; il prezzo per il quale il periodo di recupero dell'investimento si prolunga indefinitamente; adattamento automatico alle condizioni climatiche esterne non implementato nella configurazione base. I termistori ambiente (termoresistenze) sono opzionali. Cioè, quando la temperatura esterna cambia, si propone di impostare manualmente la modalità di funzionamento.

Attrezzature per oggetti ad alto consumo di calore

Per soddisfare appieno il fabbisogno di energia termica degli edifici residenziali e commerciali con una superficie di oltre 200 mq. Controllo remoto, funzionamento in cascata, interazione con recuperatori e sistemi solari: ampliano la capacità dell'utente di creare una temperatura confortevole.

8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai (Germania) - da 708 521 rubli.

La modifica DS 5027.5 Ai è la più potente della gamma EcoTouch. Riscalda stabilmente l'agente di riscaldamento del circuito di riscaldamento e fornisce energia termica al sistema ACS in ambienti fino a 280 m².

Compressore scroll (il più efficiente tra quelli esistenti); la regolazione della portata del liquido di raffreddamento consente di ottenere indicatori di temperatura di uscita stabili; display a colori; Menu russificato; aspetto pulito e basso livello di rumore. Ogni dettaglio per un funzionamento confortevole.

Con l'uso attivo dei punti d'acqua si accendono gli elementi riscaldanti, per cui il consumo di energia aumenta di 6 kW / h.

9. DANFOSS DHP-R ECO 42 (Svezia) - da 1 180 453 rubli.

Apparecchiature sufficientemente potenti da fornire energia termica al sistema di fornitura di acqua calda e circuiti di riscaldamento di un cottage a più livelli con residenza permanente.

Invece di un riscaldatore aggiuntivo per l'acqua calda sanitaria, utilizza il flusso di acqua calda dal circuito di riscaldamento. Facendo passare l'acqua calda attraverso il desurriscaldatore, la pompa di calore riscalda l'acqua nello scambiatore di calore ACS aggiuntivo a 90 ° C. Una temperatura stabile nel serbatoio di CO e ACS viene mantenuta regolando automaticamente la velocità delle pompe di circolazione. Adatto per collegamento in cascata (fino a 8 TV).

Non sono presenti elementi riscaldanti per il circuito di riscaldamento. Risorse aggiuntive vengono prelevate da qualsiasi caldaia combinata: l'unità di controllo ne ricaverà la quantità di calore necessaria in un caso particolare.

Quando si calcola lo spazio per il montaggio della pompa di calore, è necessario lasciare uno spazio di 300 mm tra la parete e la superficie posteriore del dispositivo (per comodità di monitoraggio e mantenimento delle comunicazioni).

10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Germania) - da 630 125 rubli.

Il refrigerante primario è l'acqua sotterranea. Da qui la temperatura costante al primo scambiatore di calore e il coefficiente COP più alto.

Tra i plus c'è un riscaldatore elettrico ausiliario di bassa potenza sul circuito primario e un controller proprietario (appunto, un telecomando wireless) per il controllo remoto.

Meno: il funzionamento della pompa di circolazione, lo stato della linea principale e dello scambiatore di calore del circuito primario dipende dalla qualità dell'acqua distillata. È richiesto il filtraggio.

L'analisi delle acque sotterranee aiuterà ad eliminare la comparsa di problemi difficili da risolvere con apparecchiature costose. Che dovrebbe essere fatto prima di acquistare una pompa di calore acqua-acqua.

Scelta dell'editore

Molti anni di esperienza nella produzione e gestione di pompe di calore nel Nord Europa hanno permesso ai nostri connazionali di ridurre la ricerca del modo più redditizio per riscaldare la propria casa. Esistono opzioni reali per qualsiasi richiesta.

Devi fornire calore al circuito sanitario o all'impianto di riscaldamento di un edificio residenziale fino a 80 - 100 mq? Considera il potenziale NIBE F1155 - il suo riempimento "intelligente" consente di risparmiare senza danneggiare la fornitura di calore.

Una temperatura stabile nei circuiti di riscaldamento a pavimento, CO, ACS di un cottage di 130 m² sarà assicurata da uno scambiatore di calore ACS (180 litri).

Fornisce un flusso di calore costante per tutti i consumatori contemporaneamente. La possibilità di realizzare una cascata di 8 pompe di calore permette di fornire calore ad un oggetto con una superficie di almeno 3.000 mq.

Ciascuno di questi modelli non è un'opzione assoluta, ma di base. Se hai trovato un TN adatto, sfoglia l'intera linea, esplora le offerte opzionali. La gamma di attrezzature è ampia, c'è il rischio di perdere l'opzione ideale.

L'articolo ti ha aiutato a trovare un'opzione di riscaldamento redditizia o, se hai bisogno di maggiori informazioni, scrivi nei commenti. Ti risponderemo immediatamente.

Sempre più utenti Internet sono interessati alle alternative di riscaldamento: pompe di calore.

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

Qui cercheremo di dare 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 "caldaia"), che preleva il calore diffuso dall'ambiente (suolo, acqua o aria) e lo trasferisce al circuito di riscaldamento della vostra casa.

Grazie ai raggi del sole, che entrano continuamente nell'atmosfera e sulla superficie terrestre, c'è un costante rilascio di calore. È così che la superficie della terra riceve energia termica tutto l'anno.

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

Inoltre, il calore geotermico dalle viscere della terra fornisce costantemente una temperatura del suolo di + 8 ° C (a partire da una profondità di 1,5-2 metri e inferiore). Anche negli inverni freddi, la temperatura alla profondità dei serbatoi rimane nell'intervallo di + 4-6 ° С.

È questo calore a basso potenziale del suolo, dell'acqua e dell'aria che trasferisce la pompa di calore 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 la pompa di calore acqua freatica?

Cosa fa una pompa di calore?

Pompe di calore - motori termici, progettati per produrre calore utilizzando un ciclo termodinamico inverso. trasferire energia termica da una sorgente a bassa temperatura ad un impianto di riscaldamento a temperatura più alta. Durante il funzionamento della pompa di calore si verificano costi energetici che non superano la quantità di energia prodotta.

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

Nel ciclo di Carnot inverso, l'ambiente agisce come una fonte di calore freddo. Durante il funzionamento della pompa di calore, il calore dell'ambiente esterno viene trasferito al consumatore a causa dello svolgimento del lavoro, ma con una temperatura più elevata.

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

Una pompa di calore può anche essere chiamata "frigorifero inverso", poiché una pompa di calore è la stessa macchina frigorifera, ma a differenza di un frigorifero, la pompa di calore preleva calore dall'esterno e lo trasferisce nell'ambiente, cioè riscalda l'ambiente ( il frigorifero si raffredda prendendo il calore dalla camera di refrigerazione e lo butta fuori attraverso il condensatore).

Come funziona una pompa di calore?

Ora parla di come funziona una pompa di calore. Per capire come funziona una pompa di calore, dobbiamo capire alcune cose.

1. La pompa di calore è in grado di estrarre calore anche a temperature negative.

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

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

Anche a 0˚C (zero gradi Celsius) quando l'acqua si ghiaccia, l'aria è ancora calda. È molto inferiore, ad esempio, a una temperatura di + 36 ° C, ma tuttavia, a temperature zero e negative, gli atomi si muovono e quindi viene rilasciato calore.

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

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

Cos'è un refrigerante? Refrigerante - una sostanza di lavoro in una pompa di calore, che prende 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 cambiare da liquido a gas e viceversa. È durante il passaggio da uno stato liquido a uno gassoso (evaporazione) che il calore viene assorbito e durante il passaggio da uno stato gassoso a uno liquido (condensazione), il calore viene trasferito (separazione del calore).

3. Il funzionamento di una pompa di calore è possibile grazie ai 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. Compressoreche comprime il refrigerante per aumentarne la pressione e la temperatura.
2. Valvola di espansione - una valvola termoregolatrice che abbassa drasticamente la pressione del refrigerante.
3. Evaporatore - uno scambiatore di calore in cui il refrigerante a bassa temperatura assorbe calore dall'ambiente.
4. Condensatore - uno scambiatore di calore, in cui il refrigerante già caldo dopo la compressione trasferisce calore al mezzo di lavoro del circuito di riscaldamento.

Sono questi quattro componenti che consentono ai chiller di produrre freddo e pompe di calore per produrre calore. Per capire come funziona ogni componente della pompa di calore e perché è necessario, suggeriamo di guardare un video sul principio di funzionamento di una pompa di calore geotermica.

VIDEO: Il principio di funzionamento della pompa di calore suolo-acqua

Come funziona la pompa di calore

Ora proveremo a descrivere in dettaglio ogni fase del funzionamento della pompa di calore. Come accennato in precedenza, il funzionamento delle pompe di calore si basa sul ciclo termodinamico. Ciò significa che il funzionamento di una pompa di calore consiste in più fasi del ciclo, che vengono ripetute 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 di calore dall'ambiente (bollitura del refrigerante).

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

Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore viene trasferito da un corpo con una temperatura elevata a un corpo con una temperatura inferiore. È in questa fase del funzionamento della pompa di calore che il refrigerante a bassa temperatura, passando attraverso lo scambiatore di calore, preleva calore dal refrigerante (salamoia), che era precedentemente salito dai pozzi, dove portava via il calore del suolo a basso potenziale ( nel caso di pompe di calore acqua di falda a terra).

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

Quando il vettore di calore ha prelevato calore dal suolo, 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 da una salamoia più riscaldata viene trasferito a un refrigerante meno riscaldato.

Ecco un punto molto importante: l'assorbimento di calore è possibile durante l'evaporazione della sostanza al contrario, il trasferimento di calore avviene durante la condensazione. Durante il riscaldamento del liquido di raffreddamento dal liquido di raffreddamento, cambia il suo stato di fase: il liquido di raffreddamento passa da uno stato liquido a uno gassoso (si verifica il processo di ebollizione del liquido di raffreddamento, evapora).

Venendo dall'evaporatore il refrigerante è nella fase gassosa... Non è più un liquido, ma un gas che ha preso calore dal refrigerante (salamoia).

2. Compressione del refrigerante da parte del compressore.

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

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

VIDEO: Come funziona un frigorifero con compressore

3. Trasferimento di calore al sistema di riscaldamento (condensazione).

Dopo essere stato compresso nel compressore, il refrigerante ad alta temperatura entra nel condensatore. In questo caso, il 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 nel sistema di riscaldamento a pavimento o radiatori di riscaldamento).

Nel condensatore, il refrigerante passa di nuovo dalla fase gassosa a quella 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. Diminuzione della pressione del refrigerante (espansione).

Il refrigerante liquido deve ora essere preparato per ripetere il ciclo di funzionamento. Per questo, il refrigerante scorre attraverso un'apertura stretta della valvola di termoregolazione (valvola di espansione). Dopo "forzare" attraverso l'apertura stretta della valvola a farfalla, il refrigerante si espande, a causa della quale la sua temperatura e la sua caduta di pressione.

Questo processo è paragonabile alla spruzzatura di un aerosol da una lattina. Dopo la spruzzatura, lo spray diventa più freddo per un breve periodo. Cioè, c'è stato un forte calo della pressione dell'aerosol dovuto alla spinta verso l'esterno, anche la temperatura scende di conseguenza.

Ora il refrigerante è di nuovo sotto una pressione tale da poter bollire ed evaporare, che abbiamo bisogno di assorbire il calore dal refrigerante.

Il compito della valvola di espansione (valvola di termoregolazione) è quello di ridurre la pressione del freon espandendola all'uscita dell'apertura stretta. Ora il freon è pronto a bollire di nuovo e ad assorbire il calore.

Il ciclo viene ripetuto nuovamente fino a quando il sistema di riscaldamento e ACS riceve la quantità di calore richiesta dalla pompa di calore.