Pompa di calore: principio di funzionamento, ambiti di applicazione

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Otteniamo calore bruciando legna, carbone, prodotti petroliferi e gas. Ma questi metodi di riscaldamento che ci sono familiari sono in realtà primitivi e pericolosi: sprecano irrimediabilmente le risorse della terra e inquinano l'atmosfera. Questo non può durare a lungo. Pertanto, i metodi tradizionali vengono sostituiti da tecnologie ad alta efficienza energetica in grado di generare calore dalla terra e dall'aria senza danneggiare la natura.

Cos'è una pompa di calore?

Il calore si trova ovunque: nell'aria, nell'acqua e nella terra. Una pompa di calore è un trasformatore di calore elevatore, un dispositivo che preleva calore dall'ambiente e lo trasferisce al sistema di riscaldamento e di fornitura di acqua calda. Quando una pompa di calore è in funzione, l'energia non viene spesa per il riscaldamento diretto del liquido di raffreddamento, ma per il pompaggio e la conversione del calore dall'ambiente alla casa. Pertanto, si ottiene un'elevata efficienza energetica del dispositivo: quando viene consumato 1 kilowatt di elettricità per il funzionamento del compressore, vengono generati 3-5 kW di energia termica (il coefficiente termico COP è di 3-5 unità).

Che tipo di pompe di calore esistono?

Le pompe di calore sono classificate in tre tipologie:

• Aerotermico (aria), che riceve energia termica dall'atmosfera.
• Geotermico, estrae calore dalla terra.
• Aquathermal (acqua) - una classe di apparecchiature che utilizza il calore dell'ambiente acquatico: fiumi, laghi, mare, falda acquifera sotterranea.

La pompa aerotermica aspira il calore attraverso uno scambiatore di calore ad aria, un radiatore esterno. Le pompe geotermiche ricevono energia termica dal terreno attraverso i campi geotermici: questi vengono posati orizzontalmente sotto la superficie dei tubi di terra, o pozzi (sonde), dove sono installati i tubi verticalmente. Le sonde possono anche essere posizionate ad angolo, poiché non tutte le aree hanno la capacità di perforare in profondità. I collettori della pompa acquatica sono posti in un serbatoio o pozzo d'acqua.

Le pompe di calore geotermiche funzionano in modo più efficiente grazie alle temperature del suolo stabili tutto l'anno. Con le pompe aerotermiche, il coefficiente termico (COP) scende a una temperatura esterna di -15 ° C. Le pompe di calore dell'acqua dipendono dalla qualità dell'acqua: alghe, calcare, corrosione: questi fattori riducono significativamente le prestazioni del dispositivo.

Come funziona una pompa di calore ad aria?

Il funzionamento di qualsiasi pompa di calore è suddiviso in tre fasi:

• raccolta di calore dall'ambiente;
• un aumento della temperatura del calore raccolto;
• trasferimento di calore al sistema di riscaldamento e fornitura di acqua calda.

L'unica differenza è il metodo per ottenere un calore di bassa qualità dall'ambiente. Con una pompa di calore ad aria, ciò avviene come segue:

• Il refrigerante circola attraverso l'evaporatore della pompa di calore ad aria - freon. È un liquido antigelo e altamente volatile che bolle a basse temperature. La temperatura del freon è sempre inferiore alla temperatura dell'aria e, quindi, sotto la sua influenza, il refrigerante bolle e viene convertito in vapore. Questo è chiamato trasferimento di calore differenziale termico.
• Il vapore di freon entra nel compressore, dove viene compresso. Sotto l'influenza dell'alta pressione, il vapore del refrigerante si riscalda: la temperatura del vapore di freon compresso può raggiungere i 128 ° C. Questo calore entra nel condensatore.
• Nel condensatore, il vapore freon caldo trasferisce l'energia termica al circuito di riscaldamento e di riscaldamento dell'acqua. Quando l'energia termica viene rilasciata, il vapore viene raffreddato e torna allo stato liquido, ma allo stesso tempo mantiene una pressione elevata. E anche la temperatura del refrigerante in questa fase è ancora insufficiente per un nuovo ciclo di assorbimento del calore dall'ambiente. Pertanto, dopo lo scambiatore di calore, il freon passa attraverso la valvola a farfalla, dove la pressione scende e la temperatura scende. Dopodiché, il refrigerante va al circuito esterno per un ciclo ripetuto.

Come funziona una pompa di calore geotermica e acquatermica?

Il principio di funzionamento di queste pompe di calore differisce solo nell'estrazione del calore dall'ambiente. Qui, un circuito di tubi posati sottoterra o immersi nell'acqua funge da scambiatore di calore. Non è un refrigerante che circola attraverso i tubi, come nelle pompe ad aria, ma un intermediario: glicole propilenico, alcol o una miscela di acqua-glicole. Sono questi liquidi che accumulano il calore ottenuto dall'acqua o dal suolo e lo trasferiscono all'evaporatore dell'impianto.

Il liquido di raffreddamento entra nell'evaporatore, riscalda il freon, convertendolo in vapore. Il vapore di freon passa attraverso il compressore, dove viene compresso e riscaldato. Successivamente, entra anche nel condensatore, dove trasferisce il calore al riscaldamento e alla fornitura di acqua calda. Il ciclo termina quando il refrigerante passa attraverso la valvola di strozzamento, dove avviene il processo di depressurizzazione e raffreddamento. Il freon raffreddato entra di nuovo nell'evaporatore.

Per dirla semplicemente: il calore dell'aria, dell'acqua o della terra è necessario solo per far bollire il freon e trasformarlo in vapore. Inoltre, nel compressore, il vapore viene riscaldato ad alte temperature sotto l'influenza della pressione, la cui energia viene utilizzata per riscaldare l'acqua nel sistema di riscaldamento e la fornitura di acqua calda. In questo modo, il calore di bassa qualità dell'ambiente esterno viene convertito in alte temperature del mezzo di riscaldamento del circuito di riscaldamento.

Come migliorare l'efficienza di una pompa di calore?

Il sistema di riscaldamento gioca un ruolo importante nelle prestazioni di una pompa di calore. L'apparecchiatura funziona in modo più efficiente con i sistemi di riscaldamento a bassa temperatura: riscaldamento a pavimento; ventilconvettori (scambiatori di calore ventilati). Il fatto è che la pompa di calore funziona nel modo più efficiente possibile a una temperatura di 35-40 ° C in uscita, e questo corrisponde alla temperatura ottimale del mezzo di riscaldamento nel sistema di riscaldamento a pavimento ad acqua o nel riscaldamento ad aria.

La pompa di calore può raffreddare?

Le pompe di calore possono non solo riscaldare ma anche raffreddare - utilizzate per il condizionamento dell'aria. Cioè, il dispositivo può prendere calore dalla stanza e rimuoverlo all'esterno secondo lo stesso principio, ma solo nell'ordine inverso. Un frigorifero è anche una pompa di calore. Questo elettrodomestico non produce freddo, semplicemente rimuove tutto il calore dalla camera di isolamento termico sigillata.

In quali zone vengono utilizzate le pompe di calore?

Le pompe di calore sono utilizzate per il riscaldamento e la climatizzazione di impianti industriali, edifici comunali, edifici residenziali a più piani e privati. Questa tecnologia è in grado di sostituire tutti i metodi di riscaldamento tradizionali. Un esempio è la Svezia, dove oltre il 90% degli edifici per vari scopi viene riscaldato con l'ausilio di pompe di calore. Le pompe geotermiche e aerotermiche sono diffuse in Europa, USA, Giappone.

A chi è adatto questo tipo di riscaldamento?

La pompa di calore necessita solo dell'elettricità per funzionare. Questo tipo di riscaldamento è adatto per abitazioni private situate lontano dalla rete del gas o dove l'allacciamento del gas è irragionevolmente costoso. La pompa di calore è perfetta per insediamenti non gassificati dove non c'è abbastanza potenza per installare un boiler elettrico. Questo tipo di riscaldamento è apprezzato da chi non vuole vivere di una "polveriera", cioè è adatto a chi teme il soffocamento o l'esplosione in caso di fughe di gas. La pompa di calore può essere utilizzata negli edifici commerciali come riscaldamento ad alta efficienza energetica.

Quali sono i pericoli di una pompa di calore?

La pompa di calore non brucia carburante; non produce emissioni nocive in atmosfera e rifiuti nell'ambiente. È un dispositivo antincendio / antideflagrante ed ecologico. Il refrigerante circola in un circuito chiuso e non rappresenta un pericolo per la natura e l'uomo.

Cosa cercare quando si sceglie una pompa di calore?

Come accennato, le pompe di calore si dividono in tre tipologie: aerotermica, acquotermica e geotermica. I primi funzionano dal calore atmosferico e hanno due notevoli inconvenienti: abbassamenti di temperatura e inquinamento regolare del radiatore. In caso di forti gelate, il coefficiente termico (COP) scende a 1, invece del 3-5 dichiarato. E anche il costante inquinamento dei radiatori esterni riduce l'efficienza delle pompe aerotermiche. Queste installazioni sono più adatte a climi temperati con inverni miti.

Le pompe Aquathermal esigono la qualità dell'acqua e la loro efficienza diminuisce quando il circuito del refrigerante si sporca o si copre di depositi.

Per le nostre condizioni, la scelta migliore è pompe di calore geotermiche. Il sistema "suolo-acqua" è il più conveniente, affidabile ed efficiente per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda domestica. Ciò è dovuto alla temperatura del suolo pressoché costante durante tutto l'anno. Il campo geotermico è posto al di sotto del livello di congelamento del suolo, che consente all'installazione di funzionare stabilmente e di produrre un elevato coefficiente termico. Ad esempio, COP delle pompe di calore geotermiche della serie FH (ФХ-401, FH-405, FH-415) fino a 5 unità!

Quando si sceglie l'attrezzatura, è importante che non solo riscaldi l'acqua in modo banale, ma abbia anche caratteristiche avanzate che soddisfino i requisiti di una moderna pompa di calore. Prendiamo ad esempio pompa di calore geotermica IQ (inverter) ФХ-415. L'impianto è dotato di: un dispositivo per l'accesso remoto; riavvio automatico in caso di interruzione di corrente; protezione delle pompe di circolazione; protezione dallo squilibrio di fase; modalità di climatizzazione per la temperatura dell'aria; orario di lavoro settimanale; modalità dipendente dal clima; controllo dell'elemento riscaldante del serbatoio dell'acqua calda; Memoria non volatile; alloggiamento insonorizzato. Ciò garantisce l'affidabilità, la durata e l'elevata efficienza energetica dell'apparecchiatura.

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