Dovrei usare una pompa di calore per riscaldare la casa

L'industria dei pompaggi non è ferma e nuove soluzioni ingegneristiche stanno emergendo sulla base di tecnologie familiari. I marketer interessati a realizzare profitti e aumentare le vendite spesso nascondono i dati su un particolare prodotto, promuovendolo come rivoluzionario, senza eguali. L'esempio più eclatante sono le pompe di calore. I materiali promozionali non descrivono il principio di funzionamento di tali dispositivi, né il livello di efficienza per il riscaldamento di una casa. Tuttavia, è possibile capire come tutto funziona e come questo o quel sistema può essere utile, da questo materiale.

Cos'è una pompa di calore, il suo scopo

La definizione tecnica di una pompa di calore è un dispositivo per il trasferimento di energia da un'area all'altra con un simultaneo aumento dell'efficacia del suo lavoro. È facile illustrare un simile meccanismo. Immagina un secchio di acqua fredda e un bicchiere di caldo. Per riscaldarli, una certa quantità di energia è stata spesa da un certo livello di calore. Tuttavia, l'efficacia della sua applicazione è diversa. Se si riduce contemporaneamente la temperatura di un secchio d'acqua di 1 grado, l'energia termica risultante può portare il liquido nel bicchiere quasi a bollire.

È per questa meccanica che funziona la pompa di calore, con la quale è possibile riscaldare la piscina o fornire completamente il riscaldamento per una casa di campagna. L'installazione trasferisce il calore da un'area all'altra, generalmente all'esterno della stanza. Ci sono molte applicazioni per tale tecnica.

1. A certe velocità di potenza della pompa di calore riscaldare la casa diventando poco costoso ed efficace.
2. Facile da fare ACS con pompa di caloreusando il riscaldamento secondario delle caldaie.
3. Con uno sforzo e un design adeguato, la creazione è completamente disponibile. sistema di riscaldamento autonomoalimentato da pannelli solari.
4. La maggior parte dei modelli di pompe di calore sono accettabili. per il pavimento caldo, usato come circuito di riscaldamento.

Per selezionare e acquistare un sistema adatto, prima di tutto è necessario impostare correttamente l'attività prima di essa. E solo dopo aver presentato i requisiti di alimentazione e valutato l'accettabilità dei singoli tipi di caldaie a calore per soddisfare tutte le esigenze.

Principio generale di lavoro

Tecnologicamente, la pompa di calore funziona secondo il familiare a tutti Ciclo di Carnot, una serie di trasformazioni di stati della materia. Tali parole possono essere completamente estranee alla maggior parte degli utenti. Tuttavia, praticamente ognuno di loro ha almeno un dispositivo a casa, basato su questo processo fisico.

In parole povere, una pompa di calore è un frigorifero. Ogni modello domestico in cui i cittadini sono abituati a conservare carne e bevande è un riscaldatore con un'efficienza superiore al 100%.Tutto funziona come segue:

• il frigorifero toglie il calore dai prodotti in esso contenuti e lo trasferisce alla griglia, e quindi allo spazio della stanza;
• allo stesso tempo, l'aria viene riscaldata dal compressore.

Di conseguenza, spendendo una certa quantità di elettricità, l'utente riceve due fonti di calore, una delle quali (l'energia prelevata dai prodotti) è completamente gratuita.

Questo è il principio della pompa di calore. Il dispositivo ha uno schema funzionale inverso rispetto a un frigorifero: in esso lo scambiatore di calore e la griglia del radiatore sono utili ed è responsabile dell'efficienza finale dell'unità. Tutto funziona come segue:

• il circuito di estrazione del calore è situato all'esterno della stanza, circondato da un ambiente a temperatura stabile;
• durante il funzionamento della pompa di calore, la temperatura del fluido di lavoro viene ridotta forzatamente da processi fisici naturali al di sotto degli indicatori ambientali;
• il calore viene rimosso dal fluido di lavoro, la cui intensità dipende dalla differenza di temperatura formata;
• il fluido di lavoro entra nel circuito di trasformazione dello stato e nello scambiatore di calore della stanza;
• l'energia viene rilasciata nell'aria o in altri mezzi;
• il fluido di lavoro nello stato iniziale viene fornito all'inizio del ciclo (circuito di estrazione del calore).

Questo schema di riscaldamento presenta numerosi vantaggi e svantaggi. Tuttavia, in condizioni ottimali, la pompa di calore mostra risparmi significativi. Il riscaldamento di una casa richiederà il 70-80% di costi in meno rispetto alle caldaie a gas e a stato solido classiche.

L'efficienza massima di una pompa di calore dipende da molti fattori. Alcune soluzioni tecnologiche sono in grado di risolvere solo un numero limitato di compiti. Altri suggeriscono l'installazione complessa della pompa di calore.

Oggi, ci sono una serie di elettrodomestici i cui proprietari non sospettano nemmeno di usare idee innovative e rivoluzionarie per selezionare il calore dell'ambiente. Inoltre, questo può verificarsi anche a temperature dell'aria negative all'esterno della finestra. Lo è aria condizionata con funzione di riscaldamento, che, infatti, è costruito sulla meccanica della pompa di calore. I principi di funzionamento di tali dispositivi aria-aria saranno discussi in seguito.

Lo schema di riscaldamento di una casa privata con l'uso di una pompa di calore

Lo schema ottimale di utilizzo di una pompa di calore per il riscaldamento domestico comprende serbatoio di stoccaggio. Semplificato, sembra questo:

Qui, i blocchi 1 e 2 sono valvole, che risolve il problema di regolare i flussi di calore in entrata. Possono essere sovrapposizioni manuali del flusso o costituire teste termiche automatizzate. Il blocco 3 è un comune termostato o sistema di sensori.

Il riscaldamento funziona secondo il seguente principio:

• la pompa di calore prende calore dall'ambiente e riscalda l'acqua;
• il liquido entra nello scambiatore di calore del riscaldamento secondario del serbatoio di accumulo o circola in un unico circuito;
• Il sistema di riscaldamento è costruito secondo il principio classico, il flusso d'acqua in esso è fornito da una pompa circolare.

Lo schema mostrato nella figura - l'attrezzatura minima della casa. Può essere facilmente aggiunto. In particolare, nessuno si preoccupa installare due serbatoi e utilizzare il principio del fluido di riscaldamento secondario. Uno di questi - una caldaia a pompa di calore (installata direttamente all'uscita di quest'ultimo) - viene utilizzata per la fornitura di acqua calda. Un serbatoio più volumetrico risolve il problema di fornire refrigerante all'impianto di riscaldamento.

Opzione eccellente funziona riscaldamento domestico con pompa di calore, capacità cumulativa e sistema un pavimento isolato dal calore.In questo caso, non è necessario riscaldare il liquido ad alta temperatura. La tariffa ottimale per il riscaldamento a pavimento - da 30 a 40 gradi. Lo schema di riscaldamento è simile a quello già citato, ma al posto dei radiatori, l'acqua scorre verso l'unità di raccolta con il proprio controllo di flusso.

Classificazione delle pompe di calore per caratteristiche dei media

La classificazione delle pompe di calore è piuttosto voluminosa. I dispositivi sono suddivisi in base al tipo di fluido di lavoro, al principio di modifica dello stato fisico, all'utilizzo di dispositivi di conversione, alla natura del vettore di energia necessario per il funzionamento. Se consideriamo che i modelli con varie combinazioni di criteri di classificazione sono presentati sul mercato, diventa chiaro che è piuttosto difficile elencare tutto. Tuttavia, puoi considerare i principi di base della divisione di gruppo.

L'installazione, il design e le caratteristiche finali della pompa di calore dipendono dai parametri della fonte di calore e dall'ambiente del ricevente. Oggi ci sono diversi tipi di soluzioni ingegneristiche.

L'aria-aria

Pompe di calore aria-aria - dispositivi più comuni. Sono compatti e abbastanza semplici.Sulla meccanica di questo tipo di condizionatori d'aria domestici operano con modalità di riscaldamento. Il principio di funzionamento è semplice:

• lo scambiatore di calore stradale viene raffreddato al di sotto della temperatura dell'aria e prende calore;
• dopo la compressione del freon in arrivo nel radiatore, la sua temperatura aumenta notevolmente;
• il ventilatore all'interno della stanza, soffia lo scambiatore di calore, riscalda la stanza.

La selezione di energia ambientale non è necessariamente effettuata da uno scambiatore di calore esterno. A tale scopo, l'aria può essere forzata in un blocco situato nella stanza. Questo è come alcuni funzionano sistemi di canali.

Se il freon viene compresso ed espanso in un condizionatore d'aria, quindi in pompe di calore a vortice viene utilizzata l'aria semplice. I meccanismi di lavoro sono simili: prima che il gas entri nello scambiatore di calore interno, il gas viene compresso e, dopo aver rinunciato all'energia, viene soffiato da una corrente intensa nella camera di estrazione del calore.

Una pompa di calore a vortice è un'installazione grande e massiccia che funziona in modo efficiente solo quando la temperatura ambientale è elevata. Pertanto, tali sistemi sono installati in officine industriali, utilizzano come fonte di calore i gas di scarico dei forni o l'aria calda del sistema di condizionamento principale.

Acqua-acqua

Una pompa di calore acqua-acqua funziona secondo lo stesso principio delle altre installazioni. Solo i mezzi di trasferimento di energia sono diversi. L'attrezzatura è equipaggiata sonde ad immersione, così che anche nelle condizioni invernali difficili, raggiungere l'orizzonte della falda con una temperatura positiva.

A seconda delle esigenze di riscaldamento, i sistemi di pompe di calore acqua-acqua possono essere di dimensioni completamente diverse. Ad esempio, partendo da diversi pozzi perforati intorno a una casa privata, per finire con scambiatori di calore di ampia area situati direttamente nella falda che vengono gettati durante la fase di costruzione dell'edificio.

Le pompe di calore acqua-acqua si distinguono per maggiore produttività e potenza di uscita effettiva.. Il motivo è l'aumento della capacità termica del liquido. Lo strato di acqua in cui si trova la sonda o lo scambiatore di calore emette rapidamente energia e, a causa dell'enorme volume, riduce leggermente le sue caratteristiche, contribuendo al funzionamento stabile del sistema. Anche l'attrezzatura acqua-acqua è diversa. maggiore efficienza.

Acqua-aria, aria-acqua

I sistemi combinati devono essere scelti con attenzione. Allo stesso tempo, le condizioni climatiche esistenti vengono attentamente valutate. Ad esempio, un ciclo di pompa di calore acqua-aria ha una buona efficienza per il riscaldamento. nelle regioni con forti gelate. Il sistema aria-acqua in combinazione con un pavimento caldo e una caldaia di riscaldamento secondario cumulativa è in grado di mostrare il massimo risparmio nei territori, dove la temperatura dell'aria scende raramente sotto -5 ... -10 gradi.

Sciogliere (acqua salata) -acqua

La pompa di calore di questa classe è una specie di carro. Lui può applicato letteralmente ovunque. Gli indicatori della sua potenza termica netta sono costanti e stabili. Il principio di funzionamento del dispositivo acqua salata si basa sulla selezione del calore, principalmente dal suolo, che ha normali indicatori di umidità o di palude.

Il sistema è facile da installare: per accogliere scambiatori di calore esterni, è sufficiente seppellirli a una certa profondità.È inoltre possibile scegliere una delle opzioni di equipaggiamento con un fluido di lavoro gassoso o liquido.

Il calcolo della classe acqua calda della pompa di calore è fatto in termini di domanda di energia per il riscaldamento. I metodi per la sua determinazione quantitativa abbondano. Puoi fare il calcolo più accurato, prendendo in considerazione il materiale delle pareti della casa, il design delle finestre, la natura del suolo, la temperatura media ponderata dell'aria e molto altro.

I produttori di sistemi di acqua salata offrono varie versioni di modelli che differiscono nel consumo di energia dell'unità di conversione, il design e le dimensioni degli scambiatori di calore esterni e i parametri del circuito di uscita. Selezionare la pompa di calore ottimale su un elenco pre-formato di requisiti è facile.

Divisione per tipo di corpo

Le moderne pompe di calore possono utilizzare un corpo gassoso o una soluzione di ammoniaca liquida chimica come trasportatore di calore. L'idoneità di un particolare schema è valutata su diversi fattori, le caratteristiche dei sistemi.

1. Installazioni usando freon, avere un ciclo di pompa di calore basato sulla compressione del gas e sui processi di espansione. Sono in qualche modo costruiti su un circuito di compressione.L'apparecchiatura ha indicatori di prestazioni interessanti, ma ha anche degli svantaggi. Sebbene il consumo medio ponderato del sistema al momento del ciclo operativo sia stabile, il cablaggio è pesantemente caricato. Inoltre, le pompe di calore con un trasportatore di calore gassoso non saranno utili in regioni dove non ci sono reti elettriche centralizzate o una fonte di energia con capacità di carico sufficiente.
   
2. Installazioni di tipo evaporativo usando una soluzione di ammoniaca, hanno un ciclo di lavoro basato sul processo di evaporazione di una sostanza a bassi punti di ebollizione. La liquefazione dopo il passaggio di uno scambiatore di calore esterno avviene sotto l'azione di una fonte di energia. Questo è un bruciatore di calore. Quasi tutti i combustibili possono essere utilizzati per questo: solido, benzina, gasolio, gas, cherosene, in alcuni casi - alcool metilico. Pertanto, le pompe di calore evaporative sono attraenti in luoghi dove non c'è elettricità. Inoltre, la scelta di tali attrezzature può spingere il carburante economico di un certo tipo nella regione.
   

La natura del mezzo di lavoro utilizzato nel sistema può dire molto sulle prestazioni dell'impianto e sulla potenza.Quindi, le pompe di calore del compressore freon sono in grado di scuotere rapidamente, riscaldando rapidamente la stanza. I modelli evaporativi dell'ammoniaca per tali talenti non sono capaci. Il loro modo preferito di utilizzo è un funzionamento stabile e costante con trasferimento di calore nominale.

I vantaggi delle pompe di calore e la fattibilità della loro installazione

Come affermato nella pubblicità, il vantaggio principale delle pompe di calore è efficienza di riscaldamento. In una certa misura, funziona in questo modo. Se la pompa di calore ha un ambiente di presa di energia che fornisce letture di temperatura ottimali, l'installazione funziona in modo efficiente, i costi di riscaldamento sono ridotti di circa il 70-80%. Tuttavia, ci sono sempre casi in cui la pompa di calore può essere un investimento irrazionale.

L'efficienza della pompa di calore è determinata dalle seguenti caratteristiche tecnologiche:

• il parametro del limite limite di diminuzione della temperatura da parte del fluido di lavoro;
• differenza minima nelle temperature dello scambiatore esterno e dell'ambiente, in cui l'estrazione del calore è estremamente ridotta;
• il livello di consumo energetico e rinculo dell'energia termica utile.

La fattibilità dell'utilizzo di una pompa di calore dipende da diversi fattori.

1. Territori in cui tali apparecchiature non mostrano buoni risultati - regioni con inverni gelidi e basse temperature medie giornaliere. In questo caso, la pompa di calore semplicemente non è in grado di estrarre calore sufficiente dall'ambiente, avvicinandosi da vicino alla zona di efficienza zero. Innanzitutto, riguarda i sistemi aria-aria.
2. Con un aumento del volume di spazio riscaldato, i parametri tecnologici della pompa di calore aumentano quasi esponenzialmente. Gli scambiatori di calore si ingrandiscono, aumentano le dimensioni e il numero di sonde a immersione in acqua o terreno. Ad un certo punto, è richiesto il costo della pompa di calore per il riscaldamento spese per la sua installazione e manutenzione, così come il pagamento del consumo di energia sono semplicemente investimenti irrazionali. È molto più economico creare un classico schema di riscaldamento a gas con una caldaia.
3. Più complesso è il sistema, più costoso e è più problematico riparare in caso di rottura. Questa è un'aggiunta negativa alle dimensioni dell'area riscaldata e alle caratteristiche della zona climatica.

Il classico è pompa di calore e caldaia a gas / combustibile solidolavorando in un pacchetto. L'idea è semplice: i prodotti della combustione del carburante sono visualizzati su un tubo largo. Si trova scambiatore di calore. Nel sistema di riscaldamento e acqua calda sono installati serbatoi di stoccaggio e una caldaia di riscaldamento indiretta. L'apparecchiatura (caldaia e pompa) viene attivata contemporaneamente quando la temperatura del fluido nella rete di distribuzione diminuisce. Lavorando in coppia, utilizzano quasi completamente l'energia del combustibile in fiamme, mostrando indicatori di efficienza quasi al massimo.

Il sistema con adattamento alle caratteristiche ambientali è costruito su pompa di calore, unità di ventilazione, pistola termica di qualsiasi classe. Con una temperatura dell'aria sufficientemente elevata sulla strada (fino a -5 ... -10 gradi Celsius), la pompa di calore funziona in modalità normale, fornendo una potenza sufficiente per il riscaldamento. La caratteristica progettuale del sistema è la posizione del suo scambiatore di calore esterno in un condotto di ventilazione separato.Quando la temperatura sulla strada al di sotto del segno ottimale, l'aria fornita viene riscaldata da una pistola termica (diesel, elettrica o gas).

Vale la pena notare: la maggior parte degli schemi che prevedono l'adattamento alla temperatura dell'aria o i parametri di stabilizzazione del funzionamento della pompa di calore sono applicati ai dispositivi aria-aria e aria-acqua. Altri sistemi, a causa di scambiatori di calore esterni isolati nel terreno o in acqua, non consentono la creazione di tali condizioni di lavoro "serra".

Principali caratteristiche e calcolo della potenza della pompa di calore

La razionalità generale dell'installazione di una pompa di calore per il riscaldamento di una casa è stimata, soprattutto, sulle spese finanziarie. Questi includono:

• prezzo di acquisto dell'attrezzatura;
• costi di installazione, che possono includere lavori di terra;
• spese per manutenzione periodica;
• costo approssimativo di eliminazione dei problemi frequenti.

Scelta del modello di potenza, come detto sopra, si basa sulla necessità generale di fornitura di calore. Un calcolo approssimativo per una casa a un piano di 10x10 metri (300 metri cubi di volume) è simile a questo:

• tiene conto della temperatura invernale negativa massima (-20);
• la differenza tra la stanza e l'ambiente è determinata (20 - -20 = 40);
• le perdite di calore delle pareti sono calcolate, in base ai dati di riferimento del loro materiale (per un mattone, il valore tabellare è 1, la perdita di calore è 1x300x40 - 12000 chilocalorie all'ora o 13,5 kW).

La figura risultante è un indicatore della potenza minima della pompa di calore, che è sufficiente per riscaldare la casa. Per selezionare il modello ottimale, la caratteristica deve essere aumentata di almeno il 50%. Ciò è dovuto al fatto che la pompa di calore in inverno dovrà lavorare in condizioni non ottimali, vicino al punto più basso di efficienza zero nella temperatura ambiente. La cifra risultante per l'esempio considerato è di circa 20 kW.

La seconda parte del calcolo è scelta della capacità del serbatoio di stoccaggio. Si consiglia di installare questa parte del sistema in modo che la pompa di calore possa funzionare per un numero limitato di cicli al giorno. La documentazione per l'apparecchiatura fornisce raccomandazioni sul volume dell'accumulatore di calore per un indicatore specifico di ciclicità. La cifra media è di 30 litri per kilowatt con 3 lanci, 20 litri con 5 lanci. Pertanto, per la casa in questo esempio, è necessario un serbatoio di stoccaggio di almeno 400 litri per cinque cicli di funzionamento della pompa di calore al giorno.

conclusione

Se, come risultato dell'analisi del clima, delle fonti di energia disponibili, della natura del suolo, è stato deciso di acquistare una pompa di calore per il riscaldamento, è consigliabile affidare la progettazione del sistema ai professionisti. La scelta ottimale del modello si basa non solo sulle caratteristiche dell'attrezzatura e sulla meccanica del suo lavoro. Gli specialisti terranno conto del trasferimento di calore del suolo, sceglieranno uno schema combinato con una buona efficienza, calcoleranno l'opzione migliore per eseguire i lavori di terra. Pertanto, il sistema di riscaldamento con pompa di calore, sviluppato da professionisti, non ti farà incontrare sorprese e rimpiangere la tua scelta.