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Una pompa di calore riscalda la casa. FORUMHOUSE Esperienza


Questo articolo descrive le opzioni per il riscaldamento domestico e l'acqua calda utilizzando una pompa di calore, un collettore solare e un generatore di calore a cavitazione. Viene fornito un metodo approssimativo per calcolare la pompa di calore e il generatore di calore. Vengono forniti i costi di costo approssimativi per il riscaldamento di una casa con una pompa di calore.

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Pompa di calore Progetto di riscaldamento della casa

Per capire il suo principio di azione, puoi guardare un normale frigorifero domestico o un condizionatore d'aria.

Le moderne pompe di calore utilizzano fonti di calore a basso potenziale per il loro lavoro, come terra, acque sotterranee e aria. Sia nel frigorifero che nella pompa di calore, funziona lo stesso principio fisico (i fisici chiamano questo processo il ciclo di Carnot). Una pompa di calore è un dispositivo che "espelle" il calore dalla camera di refrigerazione e lo getta sul radiatore. Il condizionatore "pompa" il calore dall'aria nella stanza e lo getta sul radiatore, ma all'esterno. Allo stesso tempo, al calore "aspirato" dalla stanza, si aggiunge più calore, nel quale l'energia elettrica consumata dal motore elettrico del condizionatore d'aria si è trasformata.

Un numero che esprime il rapporto tra l'energia termica prodotta da una pompa di calore (condizionatore o frigorifero) per l'energia elettrica che consuma è chiamato "coefficiente di riscaldamento" dagli specialisti di pompe di calore. Nelle migliori pompe di calore, il rapporto di riscaldamento raggiunge 3-4. Cioè, per ogni kilowattora di elettricità consumata da un motore elettrico, vengono generati 3-4 kWh di calore. (Un chilowattora corrisponde a 860 kilocalorie). Questo fattore di conversione (coefficiente di riscaldamento) dipende direttamente dalla temperatura della fonte di calore, maggiore è la temperatura della sorgente, maggiore è il coefficiente di conversione.

Il climatizzatore prende questa energia termica dall'aria della strada e le grandi pompe di calore "pompano" questo calore aggiuntivo, di solito da un serbatoio / acqua freatica o terra.

Sebbene la temperatura di queste sorgenti sia molto più bassa della temperatura dell'aria in una casa riscaldata, è anche il calore a bassa temperatura del terreno o dell'acqua che la pompa di calore trasforma in una temperatura elevata necessaria per riscaldare la casa. Pertanto, le pompe di calore sono anche chiamate "trasformatori di calore". (il processo di trasformazione, vedi sotto)

Nota: le pompe di calore non solo riscaldano le case, ma anche raffreddano l'acqua nel fiume, da cui viene pompato il calore. E oggigiorno, quando i fiumi sono troppo surriscaldati dalle acque reflue industriali e domestiche, il raffreddamento del fiume è molto utile per vivere in esso organismi viventi e pesci. Più bassa è la temperatura dell'acqua, più può dissolvere l'ossigeno necessario per il pesce. Nell'acqua calda, il pesce soffoca, e nella felicità fredda, quindi, le pompe di calore sono molto promettenti nel salvare l'ambiente dall'inquinamento termico.

Ma installare un sistema di riscaldamento con pompe di calore è ancora troppo costoso, perché richiede molti lavori di terra e materiali di consumo, ad esempio tubi per creare un collettore / scambiatore di calore.

Vale anche la pena di ricordare che nelle pompe di calore, come nei frigoriferi convenzionali, viene utilizzato un compressore che comprime il fluido di lavoro: ammoniaca o freon. In freon, le pompe di calore funzionano meglio, ma il freon è già stato bandito perché entra nell'atmosfera e brucia l'ozono nei suoi strati superiori, che protegge la Terra dai raggi ultravioletti del sole.

Eppure mi sembra che il futuro appartenga alle pompe di calore. Ma loro, nessuno ancora produce in modo massiccio. Perché? Non è difficile da indovinare.

Se esiste una fonte alternativa di energia a basso costo, allora dove mettere gas, petrolio e carbone prodotti, a chi venderla. E cosa cancellare perdite di molti miliardi di dollari dalle esplosioni nelle miniere e nelle miniere.


Schema schematico del riscaldamento della casa mediante una pompa di calore

1 - pompa di calore; 2 tubi posati nel terreno; 3 - caldaia per riscaldamento indiretto; 4 - sistema di riscaldamento "pavimento caldo"; 5 - circuito dell'acqua calda.

Il principio di funzionamento della pompa di calore

Come fonte di calore di bassa qualità, l'aria esterna può essere compresa tra -15 e + 15 ° С, l'aria prelevata da una stanza con una temperatura di 15-25 ° С, sottosuolo (4-10 ° С) e acqua freatica (più di 10 ° С), acqua del lago e del fiume (0-10 ° С), suolo (0-10 ° С) e profondo (oltre 20 m) (10 ° С). Nei Paesi Bassi, ad esempio, nella città di Heerlen, una miniera allagata viene utilizzata per questo scopo. L'acqua che riempie la vecchia miniera, a livello di 700 metri, ha una temperatura costante di 32 ° C.

In caso di utilizzo di aria atmosferica o di ventilazione come fonte di calore, l'impianto di riscaldamento funziona secondo lo schema aria-acqua. La pompa può essere posizionata all'interno o all'esterno della stanza. L'aria viene fornita al suo scambiatore di calore usando un ventilatore.

Se l'acqua di falda viene utilizzata come fonte di calore, il sistema funziona secondo lo schema acqua-acqua. L'acqua viene pompata dal pozzo per mezzo di una pompa nello scambiatore di calore della pompa e, dopo l'estrazione del calore, viene scaricata in un altro pozzo o in un serbatoio. L'antigelo o l'antigelo può essere utilizzato come refrigerante intermedio. Se un serbatoio funge da fonte di energia, un anello di metallo-plastica o tubo di plastica è posto sul fondo. Una soluzione di glicole (antigelo) o antigelo viene fatta circolare attraverso la tubazione, che trasferisce il calore al freon attraverso lo scambiatore di calore della pompa di calore.

Quando viene utilizzato come fonte di calore del terreno, il sistema funziona secondo lo schema "suolo-acqua". Ci sono due opzioni per il raccoglitore di dispositivi: verticale e orizzontale.

  • Con una disposizione orizzontale del collettore, i tubi di metallo-plastica sono posati in trincee di 1,2-1,5 m di profondità o sotto forma di spirali in trincea di 2-4 m di profondità.Questo metodo di posa può ridurre significativamente la lunghezza delle trincee.


Schema di una pompa di calore con un collettore orizzontale con un tubo a spirale

1 - pompa di calore; 2 tubi posati nel terreno; 3 - caldaia per riscaldamento indiretto; 4 - sistema di riscaldamento "pavimento caldo"; 5 - circuito dell'acqua calda.

Tuttavia, durante la posa della bobina, la resistenza idrodinamica aumenta fortemente, il che comporta costi aggiuntivi per il pompaggio del liquido di raffreddamento, poiché la resistenza aumenta con l'aumento della lunghezza dei tubi.

  • Quando il collettore è posizionato verticalmente, i tubi vengono posizionati in pozzi verticali a una profondità di 20-100 m.


Diagramma sonda verticale


Foto della sonda nella baia


Installazione della sonda nel pozzo

Calcolo del collettore orizzontale della pompa di calore

Calcolo del collettore orizzontale della pompa di calore.

q è la rimozione del calore specifico (da 1 m di tubo).

  • sabbia asciutta - 10 W / m,
  • argilla secca - 20 W / m,
  • argilla bagnata - 25 W / m,
  • argilla con un alto contenuto di acqua - 35 W / m.

Tra i loop di andata e di ritorno del collettore, viene visualizzata la differenza di temperatura tra il refrigerante.

Di solito per il calcolo si presume che sia 3 ° С. Lo svantaggio di questo schema è che non è consigliabile erigere edifici sulla sezione sopra il collettore in modo che il calore della terra venga reintegrato dalla radiazione solare. La distanza ottimale tra i tubi è di 0,7-0,8 m, in questo caso si sceglie la lunghezza di una trincea da 30 a 120 m.

Esempio di calcolo della pompa di calore

Darò un calcolo approssimativo della pompa di calore per la nostra eco-casa, descritta nell'articolo di Eco-House. Fornitura di calore Ecodome.

Si ritiene che per il riscaldamento di una casa con un'altezza del soffitto di 3 m, è necessario consumare 1 kW. Energia termica per 10 m2 di superficie. Con un'area della casa di 10x10m = 100 m2, sono necessari 10 kW di energia termica.

Quando si utilizza un pavimento riscaldato, la temperatura del liquido di raffreddamento nel sistema deve essere di 35 ° C e la temperatura minima del liquido di raffreddamento - 0 ° C.

Tabella 1. Dati della pompa di calore di Thermia Villa.

Per riscaldare l'edificio, è necessario scegliere una pompa di calore da 15,6 kW (la dimensione più vicina più vicina), che consuma 5 kW per il compressore. Scegli il tipo di rimozione del calore del suolo dallo strato superficiale del suolo. Per (argilla bagnata), q è 25 W / m.

Calcola la capacità del collettore termico:

Qo - potenza del collettore termico, kW;

Qwp - potenza pompa di calore, kW;

P è la potenza elettrica del compressore, kW.

La capacità termica richiesta del collettore sarà:

Ora definiamo la lunghezza totale dei tubi:

L = Qo / q, dove q è la rimozione del calore specifico (da 1 m pog. Di tubi), kW / m.

L = 10,6 / 0,025 = 424 m.

Per organizzare questo tipo di raccoglitore, saranno necessari 5 contorni con una lunghezza di 100 m ciascuno: su questa base determineremo l'area richiesta del sito per la posa del contorno.

A = Lda, dove da è la distanza tra i tubi (fase di installazione), m

Con una fase di posa di 0,75 m, l'area richiesta sarà:

Calcolo del collettore verticale

Quando si sceglie un collettore verticale, i pozzi vengono perforati con una profondità da 20 a 100 m, in cui sono immersi i tubi di plastica o di plastica a forma di U. Per fare questo, due anelli vengono inseriti in un pozzo, che vengono versati con malta cementizia. La rimozione specifica del calore di un tale collettore è di 50 W / m.

Per calcoli più accurati, applicare i seguenti dati:

  • rocce sedimentarie secche - 20 W / m;
  • terreno roccioso e rocce sedimentarie sature d'acqua - 50 W / m;
  • roccia con alta conduttività termica - 70 W / m;
  • acque sotterranee - 80 W / m.

A profondità superiori a 15 m, la temperatura del suolo è di circa + 10 ° C. È necessario tenere conto del fatto che la distanza tra i pozzetti deve essere maggiore di 5 m. Se nel suolo sono presenti correnti sotto la superficie, i pozzetti devono essere perforati perpendicolarmente al flusso.

Esempio: L = Qo / q = 10,6 / 0,05 = 212 m.

Pertanto, con una rimozione specifica del calore di un collettore verticale di 50 W / m e una potenza richiesta di 10,6 kW, la lunghezza del tubo L dovrebbe essere di 212 m.

Per il dispositivo del collettore, è necessario perforare tre pozzetti con una profondità di 75 m. In ognuno di essi posizioniamo due anelli di un tubo di metallo-plastica in totale - 6 contorni di 150 m ciascuno.

Lavori della pompa di calore durante il lavoro secondo lo schema "Acqua del suolo"

Il gasdotto è posato nel terreno. Durante il pompaggio di un refrigerante attraverso di esso, quest'ultimo viene riscaldato alla temperatura del terreno. Inoltre secondo lo schema, l'acqua entra nello scambiatore di calore della pompa di calore e trasferisce tutto il calore al contorno interno della pompa di calore.

Il refrigerante sotto pressione viene pompato nel contorno interno della pompa di calore. Il freon oi suoi sostituti sono usati come refrigerante, dal momento che il freon distrugge lo strato di ozono dell'atmosfera ed è vietato per l'uso in nuovi sviluppi. Il refrigerante ha un basso punto di ebollizione e quindi quando la pressione nell'evaporatore diminuisce bruscamente, passa da un liquido a un gas a bassa temperatura.

Dopo l'evaporatore, il refrigerante gassoso entra nel compressore e viene compresso dal compressore. Allo stesso tempo, si riscalda e la sua pressione aumenta. Il refrigerante caldo entra nel condensatore, dove lo scambio di calore tra esso e il refrigerante scorre dal tubo di ritorno. Dando il suo calore, il refrigerante si raffredda e diventa allo stato liquido. Il liquido refrigerante entra nel sistema di riscaldamento e di nuovo si raffredda, trasferisce il calore nella stanza. Quando il refrigerante passa attraverso la valvola di riduzione della pressione, la sua pressione diminuisce e di nuovo entra nella fase liquida. Dopo questo il ciclo si ripete.

Nella stagione fredda, la pompa di calore funziona come un riscaldatore, e nella stagione calda può essere utilizzato per raffreddare la stanza (la pompa di calore non si riscalda, ma raffredda il liquido refrigerante - acqua e l'acqua raffreddata, a sua volta, può essere utilizzata per raffreddare l'aria nella stanza).

In generale, una pompa di calore è una macchina di Carnot che opera nella direzione opposta. Il frigorifero pompa il calore dal volume raffreddato all'aria circostante. Se metti un frigorifero in strada, quindi, estraendo il calore dall'aria esterna e trasferendolo all'interno della casa, puoi riscaldare la stanza in modo così semplice.

Tuttavia, come dimostra la pratica, la sola pompa di calore non è sufficiente a fornire alla casa calore e acqua calda. Oserei suggerire l'ottimale, a mio avviso, il riscaldamento e il sistema di fornitura di acqua calda a casa.


Lo schema proposto di fornire alla casa il calore e l'acqua calda

1 - generatore di calore; 2 - collettore solare; 3 - caldaia per riscaldamento indiretto; 4 - pompa di calore; 5 - condotta nel sottosuolo; 6 - unità di circolazione di eliosistema; 7 - radiatore di riscaldamento; 8 - circuito dell'acqua calda; 9 - sistema di riscaldamento "pavimento caldo".

Questo schema prevede l'uso simultaneo di tre fonti di calore. Il ruolo principale è svolto dal generatore di calore (1), dalla pompa di calore (4) e dal collettore solare (2), che fungono da elementi ausiliari e contribuiscono a ridurre il costo dell'elettricità consumata, come risultato, e ad aumentare l'efficienza del riscaldamento. L'uso simultaneo di tre fonti di riscaldamento elimina quasi completamente il pericolo di scongelamento del sistema.

Dopo tutto, la probabilità di guasto di un generatore di calore, di una pompa di calore e di un collettore solare allo stesso tempo è trascurabile. Il diagramma mostra due opzioni per il riscaldamento dell'ambiente: radiatori (7) e "pavimento caldo" (9). Ciò non significa che entrambe le opzioni dovrebbero essere utilizzate, ma illustra solo la possibilità di utilizzare l'una e l'altra.

Il principio di funzionamento del circuito di riscaldamento

Il generatore di calore (1) alimenta l'acqua riscaldata alla caldaia (3) e il circuito costituito da radiatori (7). Anche il refrigerante riscaldato dalla pompa di calore (4) e il collettore solare (2) entrano nella caldaia. Parte dell'acqua riscaldata dalla pompa di calore viene anche alimentata all'ingresso del generatore di calore. Mescolando con il "ritorno" del circuito di riscaldamento, aumenta la sua temperatura. Ciò contribuisce a un riscaldamento più efficiente dell'acqua nel cavitatore del generatore di calore. L'acqua riscaldata e accumulata nella caldaia viene fornita al circuito "pavimento caldo" (9) e al circuito dell'acqua calda (8).

Naturalmente, l'efficacia di questo schema varierà a latitudini diverse. Dopo tutto, il collettore solare avrà la massima efficienza in estate e, naturalmente, in condizioni di tempo soleggiato. Alle nostre latitudini in estate non è necessario riscaldare locali residenziali, quindi il generatore di calore può essere disattivato del tutto. E poiché l'estate è piuttosto calda e difficilmente possiamo immaginare la nostra vita senza un condizionatore d'aria, la pompa di calore dovrebbe passare alla modalità di raffreddamento. Naturalmente, la tubazione dalla pompa di calore alla caldaia sarà bloccata. Quindi, il problema della fornitura di acqua calda dovrebbe essere risolto solo con l'aiuto di un sistema solare. E solo se il sistema solare non affronta questo compito, usa un generatore di calore.

Come puoi vedere, lo schema è piuttosto complicato e costoso. I costi totali stimati, in base allo schema scelto, sono indicati di seguito.

Costi per il collezionista verticale:

  • Pompa di calore € 6.000;
  • Lavoro di perforazione € 6.000;
  • Spese di esercizio (elettricità): circa 400 € all'anno.

Per il raccoglitore orizzontale:

  • Pompa di calore € 6.000;
  • Lavoro di perforazione € 3.000;
  • Spese di esercizio (elettricità): circa 450 euro all'anno.

Delle spese ingenti, saranno richieste spese per l'acquisto di tubi e per il pagamento dei lavoratori.

L'installazione di un collettore solare piano (ad esempio Vitosol 100-F e uno scaldabagno da 300 litri) avrà un costo di € 3.200.

Quindi passiamo da semplici a complessi. In primo luogo, assembleremo un semplice schema di riscaldamento della casa basato sul generatore di calore, lo sottoponiamo a debug e gradualmente aggiungeremo nuovi elementi, il che aumenterà l'efficienza dell'installazione.

Raccogliamo il sistema di riscaldamento secondo lo schema:


Lo schema di fornitura di calore a casa utilizzando un generatore di calore

1 - generatore di calore; 2 - caldaia per riscaldamento indiretto; 3 - sistema di riscaldamento "pavimento caldo"; 4 - circuito dell'acqua calda.

Di conseguenza, abbiamo ricevuto lo schema più semplice di riscaldamento della casa, ho condiviso i miei pensieri al fine di incoraggiare le persone di iniziativa a sviluppare fonti di energia alternative. Se qualcuno ha qualche idea o obiezione su ciò che è stato scritto sopra, condividiamo i nostri pensieri, accumuliamo conoscenza ed esperienza in questa materia, e salveremo la nostra ecologia e renderemo la vita un po 'migliore.

Come vediamo qui, il principale e unico elemento che riscalda il mezzo di riscaldamento è un generatore di calore. Sebbene lo schema fornisca solo una fonte di riscaldamento, offre la possibilità di aggiungere ulteriori dispositivi di riscaldamento aggiuntivi. A tale scopo, si suppone che utilizzi una caldaia di riscaldamento indiretto con la possibilità di aggiungere o rimuovere gli scambiatori di calore.

L'uso di radiatori disponibile nello schema mostrato nella figura sopra non è inteso. Come è noto, il sistema "pavimento caldo" è in grado di affrontare in modo più efficace il compito di riscaldare gli ambienti e risparmiare l'energia spesa.

clima

La situazione è tale che il modo più popolare per riscaldare un'abitazione al momento è quello di utilizzare le caldaie per il riscaldamento - gas, combustibile solido, diesel e molto meno frequentemente - elettriche. Ma questi sistemi semplici e allo stesso tempo high-tech, come le pompe di calore, non erano molto diffusi, ed era invano. Per coloro che amano e sanno come calcolare tutto in anticipo, i loro vantaggi sono evidenti. Le pompe di calore per il riscaldamento non bruciano riserve insostituibili di risorse naturali, il che è estremamente importante non solo dal punto di vista della protezione ambientale, ma consente anche di risparmiare energia, poiché diventano più costosi ogni anno. Inoltre, con l'aiuto di pompe di calore, non solo puoi riscaldare la stanza, ma anche riscaldare l'acqua calda per le necessità domestiche e condizionare la stanza nella calura estiva.

Il principio di funzionamento della pompa di calore

Soffermiamoci più in dettaglio sul principio della pompa di calore. Ricorda come funziona il frigorifero. Il calore dei prodotti in esso contenuti viene pompato e rilasciato al radiatore situato sulla parete posteriore. Questo è facilmente visibile toccandolo. Approssimativamente lo stesso principio nei condizionatori d'aria domestici: pompano il calore dalla stanza e lo gettano sul radiatore, situato sulla parete esterna dell'edificio.

La base della pompa di calore, del frigorifero e del condizionatore d'aria è il ciclo di Carnot.

  1. Il liquido di raffreddamento, spostandosi su una fonte di calore a bassa temperatura, ad esempio il terreno, viene riscaldato di parecchi gradi.
  2. Entra quindi in uno scambiatore di calore, chiamato evaporatore. Nell'evaporatore, il refrigerante trasferisce il calore accumulato al refrigerante. Il liquido di raffreddamento è un liquido speciale che si trasforma in vapore a bassa temperatura.
  3. Assumendo la temperatura dal liquido di raffreddamento, il refrigerante riscaldato si trasforma in vapore ed entra nel compressore. Nel compressore, il refrigerante è compresso, vale a dire aumentando la sua pressione, aumentando così la sua temperatura.
  4. Il refrigerante caldo e compresso entra in un altro scambiatore di calore chiamato condensatore. Qui, il refrigerante trasferisce il suo calore ad un altro refrigerante, che è fornito nel sistema di riscaldamento della casa (acqua, antigelo, aria). In questo caso, il refrigerante si raffredda e torna a essere liquido.
  5. Successivamente, il refrigerante entra nell'evaporatore, dove viene riscaldato da una nuova porzione del refrigerante riscaldato e il ciclo si ripete.

Per garantire che il funzionamento della pompa di calore richieda elettricità. Ma è ancora molto più redditizio di usare solo un riscaldatore elettrico. Dal momento che la caldaia elettrica o la stufa elettrica spende esattamente la stessa quantità di elettricità che produce calore. Ad esempio, se il riscaldatore è scritto con una potenza di 2 kW, quindi spende 2 kW all'ora e produce 2 kW di calore. E la pompa di calore produce 3-7 volte più calore di quanta consuma energia elettrica. Ad esempio, 5,5 kW / ora viene utilizzato per il funzionamento del compressore e della pompa e il calore è di 17 kW / ora. Tale elevata efficienza è il principale vantaggio della pompa di calore.

Vantaggi e svantaggi del sistema di riscaldamento "pompa di calore"

Ci sono un sacco di leggende e delusioni intorno alle pompe di calore, nonostante il fatto che questa non sia un'invenzione così innovativa e high-tech. Con l'aiuto delle pompe di calore, tutti gli stati "caldi" negli Stati Uniti, quasi tutta l'Europa e il Giappone, sono riscaldati, dove la tecnologia è stata sviluppata quasi all'ideale e per molto tempo. A proposito, non pensate che tali apparecchiature siano una tecnologia puramente estera e ci sia arrivata abbastanza di recente. In effetti, anche nell'URSS, tali unità sono state utilizzate su siti sperimentali. Un esempio di questo è il sanatorio "Amicizia" nella città di Yalta. Oltre all'architettura futuristica, che ricorda "una capanna su zampe di pollo", questo sanatorio è anche famoso per il fatto che a partire dagli anni '80 del XX secolo utilizza pompe di calore per il riscaldamento industriale. La fonte di calore è il mare vicino, e la stazione di pompaggio non solo riscalda tutte le stanze del sanatorio, ma fornisce anche acqua calda, riscalda l'acqua nella piscina e la raffredda durante il periodo caldo. Cerchiamo quindi di dissipare i miti e determinare se abbia senso riscaldare l'abitazione in questo modo.

I vantaggi dei sistemi di riscaldamento con pompa di calore:

  • Risparmio sull'energia. In connessione con l'aumento dei prezzi per gas e gasolio è un vantaggio molto importante. Nella colonna "spese mensili" ci sarà solo elettricità, che, come abbiamo già scritto, richiede molto meno del calore effettivo prodotto. Quando si acquista un'unità, è necessario prestare attenzione a un parametro come il coefficiente di trasformazione termica "φ" (può anche essere chiamato coefficiente di conversione del calore, il rapporto di trasformazione di potenza o temperatura). Mostra il rapporto tra la quantità di calore erogato e l'energia spesa. Ad esempio, se φ = 4, ad un consumo di 1 kW / ora otteniamo 4 kW / ora di energia termica.
  • Risparmio sulla manutenzione. La pompa di calore non richiede alcuna relazione speciale con se stessa. Il costo della sua manutenzione è minimo.
  • Può essere installato su qualsiasi terreno. Le fonti di calore a bassa temperatura per il funzionamento della pompa di calore possono essere macinate, l'acqua o l'aria. Ovunque tu costruisca una casa, anche in terreni rocciosi, ci sarà sempre l'opportunità di trovare "cibo" per l'unità. In un'area lontana dal gas principale, questo è uno dei sistemi di riscaldamento più ottimali. E anche nelle regioni senza linee elettriche, è possibile installare un motore a benzina o diesel per garantire il funzionamento del compressore.
  • Non è necessario monitorare il funzionamento della pompa, aggiungere benzina, come nel caso di una caldaia a combustibile solido o diesel. L'intero sistema di riscaldamento con pompa di calore è automatizzato.
  • Puoi andartene a lungo e non aver paura che il sistema si blocchi. Allo stesso tempo, è possibile risparmiare denaro impostando la pompa per fornire una temperatura di + 10 ° C nel soggiorno.
  • Sicurezza per l'ambiente. Per fare un confronto, quando si usano caldaie tradizionali che bruciano combustibile, si formano sempre vari ossidi di CO, CO2, NOx, SO2, PbO2 e, di conseguenza, gli acidi fosforici, nitrosi, solforici e benzoici si depositano sul terreno intorno alla casa. Quando la pompa di calore è in funzione, nulla viene buttato via. E i refrigeranti utilizzati nel sistema sono assolutamente sicuri.
  • Questo può anche essere notato la conservazione delle risorse naturali insostituibili del pianeta.
  • Sicurezza per uomo e proprietà. In una pompa di calore, niente si riscalda a una temperatura tale da provocare surriscaldamento o un'esplosione. Inoltre, non ha semplicemente nulla da esplodere. Quindi può essere attribuito a unità completamente ignifughe.
  • Le pompe di calore funzionano correttamente anche a temperature ambiente di -15 ° C. Quindi, se a qualcuno sembra che un tale sistema possa riscaldare una casa solo in regioni con inverni caldi fino a + 5 ° C, allora si sbagliano.
  • Reversibilità della pompa di calore. Un vantaggio indiscutibile è la versatilità dell'installazione, con l'aiuto di cui è possibile riscaldare sia in inverno che in estate. Nei giorni caldi, la pompa di calore prende calore dalla stanza e la manda a terra per la conservazione, da dove sarà ripreso in inverno. Si prega di notare che non tutte le pompe di calore, ma solo alcuni modelli hanno capacità inversa.
  • Durevolezza. Con la dovuta cura, le pompe di calore dell'impianto di riscaldamento vivono da 25 a 50 anni senza grandi riparazioni e solo una volta ogni 15 o 20 anni sarà necessario sostituire il compressore.

Svantaggi degli impianti di riscaldamento con pompa di calore:

  • Grande investimento iniziale. Oltre al fatto che i prezzi per le pompe di calore per il riscaldamento sono piuttosto alti (da 3.000 a 10.000 cu), è anche necessario non spendere meno per l'organizzazione del sistema geotermico rispetto alla pompa stessa. L'eccezione è la pompa di calore ad aria che non richiede lavoro aggiuntivo. La pompa di calore non pagherà 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 possibilità finanziarie e dalle condizioni di costruzione. Ad esempio, in una regione in cui il collegamento di un gasdotto e la connessione ad esso costa quanto una pompa di calore, è logico privilegiare quest'ultimo.
  • Nelle regioni in cui le temperature invernali scendono sotto i -15 ° C, è necessario utilizzare una fonte di calore aggiuntiva. Questo è chiamato un sistema di riscaldamento bivalente, in cui la pompa di calore fornisce calore, mentre all'esterno a -20 ° C e quando non può far fronte, ad esempio, a un riscaldatore elettrico oa una caldaia a gas o un generatore di calore.
  • È consigliabile utilizzare una pompa di calore in impianti con refrigerante a bassa temperatura, come il sistema "pavimento caldo" (+35 ° C) e unità fan coil (+35 - +45 ° C). I ventilconvettori sono un termoventilatore in cui il calore / il freddo vengono trasferiti dall'acqua all'aria. Per la sistemazione di un tale sistema nella vecchia casa sarà necessario un completo risanamento e ristrutturazione, che comporterebbe costi aggiuntivi. Quando si costruisce una nuova casa, questo non è uno svantaggio.
  • La compatibilità ambientale delle pompe di calore che assorbono calore dall'acqua e dal suolo è piuttosto relativa. Il fatto è che durante il lavoro, lo spazio attorno ai tubi con il refrigerante si raffredda e questo viola l'ecosistema stabilito. Dopotutto, anche nelle profondità del terreno vivono microrganismi anaerobici che assicurano l'attività vitale di sistemi più complessi. D'altra parte, rispetto all'estrazione di gas o petrolio, il danno dalla pompa di calore è minimo.

Valuta tutti i pro e i contro per prendere la decisione giusta.

Fonti di calore per il funzionamento della pompa di calore

Le pompe di calore assorbono calore da fonti naturali che accumulano radiazioni solari durante un periodo caldo. A seconda della fonte di calore, anche le pompe di calore differiscono.

terra

Il suolo è la fonte di calore più stabile che si accumula nel corso della stagione. Ad una profondità di 5 - 7 m, la temperatura del suolo è quasi sempre costante e pari a circa +5 - +8 ° С, e ad una profondità di 10 m - sempre +10 ° С. Ci sono due modi per raccogliere il calore da terra.

Il raccoglitore orizzontale del terreno è un tubo disposto orizzontalmente attraverso il quale circola il refrigerante. La profondità del collettore orizzontale viene calcolata individualmente a seconda delle condizioni, a volte è di 1,5 - 1,7 m - la profondità del congelamento del terreno, a volte inferiore a 2 - 3 m per garantire una maggiore stabilità della temperatura e una differenza minore, e talvolta solo 1 - 1.2 m - qui il terreno inizia a scaldarsi più velocemente in primavera. Ci sono casi in cui equipaggiare un collettore orizzontale a due strati.

I tubi orizzontali del collettore possono avere diversi diametri di 25 mm, 32 mm e 40 mm. La forma dei loro layout può anche essere diversa: serpente, cappio, zigzag, varie spirali. La distanza tra i tubi nel serpente dovrebbe essere di almeno 0,6 m, e di solito è di 0,8 - 1 m.

La rimozione specifica del calore da ciascun metro lineare del tubo dipende dalla struttura del terreno:

  • Sabbia asciutta - 10 W / m;
  • Argilla secca - 20 W / m;
  • Argilla più bagnata - 25 W / m;
  • Argilla con un elevato contenuto di acqua - 35 W / m.

Per riscaldare una casa con una superficie di 100 m2, a condizione che il terreno sia un'argilla bagnata, avrete bisogno di 400 m2 di terreno per un collezionista. Questo è un bel po '- 4 - 5 ettari. E dato il fatto che non ci dovrebbero essere edifici in questa zona e sono ammessi solo prato e aiuole con fiori annuali, non tutti possono permettersi di attrezzare un collezionista orizzontale.

Un fluido speciale scorre attraverso i tubi del collettore, viene anche chiamato "salamoia" o antigelo, ad esempio una soluzione di glicole etilenico al 30% o glicole propilenico. "Pickle" raccoglie il calore da terra e va alla pompa di calore, dove lo trasferisce al refrigerante. Il "pickle" raffreddato ritorna nel raccoglitore di terra.

La sonda verticale del terreno è un sistema di tubi interrati a 50-150 m, che può essere solo un tubo a forma di U, abbassato a una profondità maggiore di 80-100 me riempito di cemento. O forse un sistema di tubi a forma di U abbassati a 20 metri per raccogliere energia da un'area più ampia. La perforazione a una profondità di 100-150 m non è solo dispendiosa, ma richiede anche un permesso speciale, motivo per cui spesso vanno al trucco e equipaggiano diverse sonde di profondità ridotta. La distanza tra queste sonde fa 5 - 7 m.

La rimozione specifica del calore dal collettore verticale dipende anche dalla razza:

  • Le rocce sedimentarie sono secche - 20 W / m;
  • Rocce sedimentarie sature di acqua e suolo sassoso - 50 W / m;
  • Terreno sassoso ad alta conduttività termica - 70 W / m;
  • Acqua sotterranea (contusa) - 80 W / m.

L'area sotto il collettore verticale richiede un valore molto piccolo, ma il costo della loro disposizione è superiore a quello di un collettore orizzontale. Il vantaggio di un collettore verticale è anche una temperatura più stabile e una maggiore rimozione del calore.

Utilizzare l'acqua come fonte di calore può essere diversa.

Il collettore sul fondo del serbatoio aperto non gelido - fiumi, laghi, mari - è una pipa con una "salamoia", sommersa con l'aiuto del carico. A causa dell'alta temperatura del refrigerante, questo metodo è il più redditizio ed economico. Per equipaggiare il collettore di acqua è possibile solo quelli da cui il serbatoio non è più di 50 m, altrimenti l'efficienza di installazione è persa. Come capisci, non tutti hanno queste condizioni. Ma non usare pompe di calore per i residenti della costa è solo miope e stupido.

Il collettore in fognature o acque reflue dopo installazioni tecniche può essere utilizzato per riscaldare case e persino grattacieli e imprese industriali all'interno della città, nonché per produrre acqua calda. Cosa viene fatto con successo in alcune città della nostra madrepatria.

Il foro di trivellazione o l'acqua di falda sono usati meno frequentemente rispetto ad altri collettori. Tale sistema comporta la costruzione di due pozzi, uno dei quali attinge acqua, che trasferisce il suo calore al refrigerante nella pompa di calore, e il secondo scende dall'acqua raffreddata. Invece di un pozzo, potrebbe esserci un pozzo di filtrazione. In ogni caso, il pozzetto di scarico dovrebbe trovarsi a una distanza di 15-20 m dal primo e anche a valle (anche l'acqua di falda ha il suo flusso). Questo sistema è piuttosto difficile da gestire, poiché la qualità dell'acqua in ingresso deve essere monitorata - parti filtrate e protette della pompa di calore (evaporatore) dalla corrosione e dall'inquinamento.

L'aria

Il design più semplice ha un sistema di riscaldamento con una pompa di calore ad aria. Non sono necessari collettori aggiuntivi. L'aria dell'ambiente va direttamente all'evaporatore, dove trasferisce il calore al refrigerante, che a sua volta trasferisce il calore al refrigerante all'interno della casa. Questo può essere aria per ventilconvettori o acqua per un pavimento riscaldato e un radiatore.

Il costo di installazione di una pompa di calore aria è minimo, ma la capacità dell'impianto dipende molto dalla temperatura dell'aria. Nelle regioni con inverni caldi (fino a +5 - 0 ° С), questa è una delle fonti di calore più economiche. Ma se la temperatura dell'aria scende sotto i -15 ° C, la capacità cala così tanto che non ha senso usare una pompa, ed è più vantaggioso accendere un normale riscaldatore elettrico o una caldaia.

Sulle pompe di calore aria per il riscaldamento recensioni sono molto controversi. Tutto dipende dalla regione del loro utilizzo. È vantaggioso utilizzarli in regioni con inverni caldi, ad esempio a Sochi, dove non è nemmeno necessaria una fonte di calore di riserva in caso di forti gelate. È anche possibile installare pompe di calore aria in regioni in cui l'aria è relativamente secca e la temperatura in inverno è -15 ° C. Ma in un clima umido e freddo, tali installazioni soffrono di glassa e glassa. I ghiaccioli che si riversano sulla ventola impediscono il normale funzionamento dell'intero sistema.

Riscaldamento della pompa di calore: costi di sistema e costi operativi

La potenza della pompa di calore viene selezionata in base alle funzioni che verranno assegnate ad essa. Se solo il riscaldamento, i calcoli possono essere fatti in un calcolatore speciale, tenendo conto della perdita di calore dell'edificio. A proposito, le migliori prestazioni della pompa di calore per la perdita di calore dell'edificio non sono superiori a 80 - 100 W / m2. Per semplicità, supponiamo che per il riscaldamento di una casa di 100 m2 con un'altezza del soffitto di 3 me una perdita di calore di 60 W / m2, sia necessaria una pompa con una capacità di 10 kW. Per riscaldare l'acqua dovrà prendere l'unità con un margine di potenza - 12 o 16 kW.

Il costo della pompa di calore dipende non solo dalla potenza, ma anche dall'affidabilità e dalle richieste del produttore. Ad esempio, un'unità con una capacità di 16 kW di produzione russa costerà 7.000 cu, e una pompa estera RFM 17 con una capacità di 17 kW costa circa 13.200 cu. con tutte le apparecchiature correlate, ad eccezione del raccoglitore.

La prossima linea di spese sarà la sistemazione del collezionista. Dipende anche dalla capacità dell'installazione. Ad esempio, per una casa di 100 m2, in cui sono installati pavimenti caldi (100 m2) ovunque o radiatori di 80 m2, nonché per il riscaldamento dell'acqua a +40 ° C in un volume di 150 l / h, saranno necessari pozzi di perforazione per i collettori. Un tale collezionista verticale costerà $ 13.000.

Il collettore nella parte inferiore del serbatoio avrà un costo un po 'più economico. Alle stesse condizioni, costerà $ 11.000. Ma è meglio specificare il costo dell'installazione di un sistema geotermico nelle società specializzate, ma può essere molto diverso. Ad esempio, la disposizione di un collettore orizzontale per una pompa con una potenza di 17 kW avrà un costo di soli 2500 USD E per la pompa di calore aria il collettore non è affatto necessario.

Totale, il costo della pompa di calore è di 8000 cu in media, la disposizione di un collettore è di 6000 cu in media

Il costo mensile di riscaldamento della pompa di calore include solo il costo dell'elettricità. È possibile calcolarli come segue: sulla pompa deve essere indicato il consumo energetico. Ad esempio, per la pompa da 17 kW sopra, il consumo energetico è di 5,5 kW / ora. In totale, l'impianto di riscaldamento funziona 225 giorni all'anno, ad es. 5400 ore. Dato che la pompa di calore e il compressore in esso operano ciclicamente, il consumo di energia deve essere dimezzato. Durante la stagione di riscaldamento verranno spesi 5400 h * 5,5 kW / h / 2 = 14850 kW.

Moltiplica il numero di kWh spesi per il costo dell'energia nella tua zona. Ad esempio, 0,05 cu per 1 kW / ora. Il totale dell'anno verrà speso $ 742,5. Per ogni mese in cui la pompa di calore stava lavorando per il riscaldamento, è necessario per 100 cu costi dell'elettricità. Se dividi i costi di 12 mesi, in un mese otterrai 60 cu

Si noti che minore è il consumo energetico della pompa di calore, minore è il costo mensile. Ad esempio, ci sono pompe da 17 kW che consumano solo 10.000 kW all'anno (costa $ 500). È anche importante che le prestazioni della pompa di calore siano maggiori, minore è la differenza di temperatura tra la fonte di calore e il refrigerante nell'impianto di riscaldamento. Ecco perché dicono che è più vantaggioso installare un pavimento riscaldato e ventilconvettori. Sebbene sia possibile installare anche radiatori di riscaldamento standard con refrigerante ad alta temperatura (+65 - +95 ° C), ma con un accumulatore di calore aggiuntivo, ad esempio, una caldaia a riscaldamento indiretto. Per il surriscaldamento dell'acqua nell'acqua calda sanitaria viene utilizzata anche la caldaia.

Le pompe di calore sono utili se utilizzate in sistemi bivalenti. Oltre alla pompa, è possibile installare un collettore solare in grado di fornire completamente la pompa con l'elettricità in estate, quando funzionerà per il raffreddamento. Per la rete di sicurezza invernale, è possibile aggiungere un generatore di calore che riscalda l'acqua per la fornitura di acqua calda e per i radiatori ad alta temperatura.

Come realizzare una pompa di calore geotermica da un condizionatore d'aria

Qualsiasi proprietario di una casa privata cerca di ridurre al minimo il costo del riscaldamento della casa. A questo proposito, le pompe di calore sono significativamente più redditizie di altre opzioni di riscaldamento, forniscono 2,5-4,5 kW di calore per kilowatt di elettricità consumata. Il rovescio della medaglia: per ottenere energia a basso costo, dovrai investire un sacco di soldi nell'attrezzatura, l'impianto di riscaldamento più modesto con una potenza di 10 kW avrà un costo di 3.500 y. e. (prezzo iniziale).

L'unico modo per ridurre i costi di 2-3 volte - per fare una pompa di calore (abbreviato in TH) con le proprie mani. Considera alcune opzioni davvero funzionanti raccolte e testate dai maestri - gli entusiasti nella pratica. Poiché la produzione di un'unità complessa richiede una conoscenza di base delle macchine di refrigerazione, iniziamo con la teoria.

Caratteristiche e principio di funzionamento di TN

Per comprendere l'essenza del problema, suggeriamo di familiarizzare con le funzionalità inerenti alle installazioni termiche:

  • a differenza delle caldaie e dei riscaldatori, l'unità stessa non produce calore, ma, come un condizionatore d'aria, la sposta all'interno dell'edificio;
  • La TN è chiamata pompa, perché "espelle" l'energia da fonti di calore a basso potenziale - aria, acqua o suolo;
  • l'impianto è alimentato esclusivamente dall'energia elettrica consumata dal compressore, dai ventilatori, dalle pompe di circolazione e dalla scheda di controllo;
  • il funzionamento dell'apparecchiatura è basato sul ciclo di Carnot utilizzato in tutte le macchine refrigeranti, ad esempio, condizionatori d'aria e sistemi split.
Nella modalità di riscaldamento, un sistema split tradizionale funziona normalmente a temperature superiori a meno 5 gradi, e in caso di freddo intenso l'efficienza diminuisce bruscamente

Aiuto. Il calore è contenuto in tutte le sostanze la cui temperatura è superiore allo zero assoluto (meno 273 gradi). Le moderne tecnologie consentono di estrarre questa energia dall'aria con una temperatura fino a -30 ° C, terra e acqua - fino a + 2 ° C.

Il fluido di lavoro, il gas freon, che bolle ad una temperatura inferiore, partecipa al ciclo di scambio termico di Carnot. Alternando l'evaporazione e la condensazione in due scambiatori di calore, il refrigerante assorbe l'energia ambientale e la trasferisce in un'altra posizione. In generale, il principio di funzionamento di una pompa di calore ripete il funzionamento di un condizionatore d'aria acceso per il riscaldamento:

  1. Essendo in fase liquida, il freon passa attraverso i tubi dello scambiatore di calore esterno-evaporatore, come mostrato nello schema. Prendendo il calore di aria o acqua attraverso le pareti metalliche, il refrigerante riscalda, bolle ed evapora.
  2. Quindi il gas entra nel compressore, forzando la pressione al valore calcolato. Il compito è di aumentare il punto di ebollizione della sostanza in modo che il freon si condensi a una temperatura più elevata.
  3. Passando attraverso lo scambiatore di calore interno - un condensatore, il gas si trasforma nuovamente in un liquido e trasferisce l'energia immagazzinata nel refrigerante - acqua o aria della stanza.
  4. All'ultimo stadio, il refrigerante liquido entra nel ricevitore: il separatore di umidità, quindi nel dispositivo di regolazione. La pressione della sostanza cade di nuovo - il freon è pronto a subire un ciclo ripetuto.
Lo schema della pompa di calore è simile al principio del sistema split

Nota. I sistemi split convenzionali e le pompe di calore di fabbrica hanno una caratteristica comune: la capacità di trasferire energia in entrambe le direzioni e operare in 2 modalità: riscaldamento / raffreddamento. La commutazione è implementata utilizzando una valvola di inversione a quattro vie, modificando il flusso di gas lungo il circuito.

Nei climatizzatori domestici e nelle pompe di calore vengono utilizzati vari tipi di valvole termostatiche, che riducono la pressione del refrigerante prima di passare attraverso l'evaporatore. Nel primo caso, il ruolo di un regolatore è svolto da un semplice dispositivo capillare, nel secondo viene installata una costosa valvola termostatica (TPB).

Si noti che il ciclo sopra riportato si verifica in tutti i tipi di pompe di calore. La differenza sta nei metodi di fornitura / selezione del calore, che elenchiamo qui di seguito.

Tipi di valvole a farfalla: tubo capillare (sinistra) e valvola termostatica (TRV)

Varietà di installazioni

Secondo la classificazione generalmente accettata, le TN sono suddivise in tipi in base alla fonte di energia ricevuta e al tipo di liquido di raffreddamento a cui viene trasmesso:

  1. Le pompe aria-aria sono più vicine ai tradizionali sistemi split, la differenza è nell'area dell'evaporatore esterno. Il dispositivo toglie il calore dell'ambiente e trasmette direttamente l'aria alla stanza, come accade in un condizionatore d'aria convenzionale.
  2. Il design dei generatori di aria e acqua è identico, ma prevede il riscaldamento dell'acqua o dell'antigelo che circola attraverso il sistema di riscaldamento di una casa residenziale.
  3. L'installazione acqua-acqua prende il calore di bassa qualità del serbatoio e lo trasferisce al fluido termovettore. Qui viene utilizzato un ulteriore scambiatore di calore esterno dalle tubazioni, immerso in una fossa settica di pozzo, lago, pozzo o fognatura. La circolazione dell'acqua attraverso l'evaporatore fornisce una seconda pompa.
  4. Una pompa geotermica utilizza il calore del terreno e riscalda il portatore di calore interno. Il circuito di scambio termico esterno è una bobina con antigelo, incassato da 1,5-2 m e occupa una vasta area. La seconda opzione è costituita da alcune sonde verticali da tubi abbassati nei pozzetti fino a una profondità di 10-100 metri.

Aiuto. Le varietà di pompe di calore sono elencate in ordine crescente di costo delle attrezzature insieme all'installazione. Installazioni aeree - le più economiche, geotermiche - costose.

Il parametro principale che caratterizza la pompa di calore per il riscaldamento domestico è il fattore di efficienza COP, che è uguale al rapporto tra l'energia ricevuta e l'energia spesa. Ad esempio, gli apparecchi di riscaldamento ad aria relativamente economici non possono vantare un COP elevato - 2,5... 3,5. Spieghiamo: dopo aver speso 1 kW di elettricità, l'installazione fornisce 2,5-3,5 kW di calore all'abitazione.

Metodi di estrazione del calore da fonti d'acqua: dallo stagno (a sinistra) e attraverso i pozzi (a destra)

I sistemi idrici e del suolo sono più efficienti - il loro coefficiente reale è compreso nell'intervallo 3... 4.5. Le prestazioni sono un valore variabile che dipende da molti fattori: la progettazione del circuito di scambio termico, la profondità di immersione, la temperatura e il flusso d'acqua.

Un punto importante Le unità che estrae l'energia della terra dall'acqua e dall'aria non sono in grado di riscaldare il liquido di raffreddamento nella rete di riscaldamento a 60-90 ° С. L'indicatore normale di TN è solo 35... 40 gradi, la caldaia tradizionale qui vince chiaramente. Da qui la raccomandazione dei produttori: collegare l'apparecchiatura ai contorni del riscaldamento a bassa temperatura - pavimenti riscaldati ad acqua.

Quale TN è meglio collezionare

Formuliamo il compito: è necessario costruire una pompa di calore fatta in casa al minor costo. Ciò implica una serie di conclusioni logiche:

  1. L'installazione dovrà utilizzare un minimo di parti costose, quindi non sarà possibile ottenere un alto valore di COP. In termini di coefficiente di prestazione, il nostro dispositivo perderà i modelli di fabbrica.
  2. Di conseguenza, è privo di senso fare una pompa di calore puramente ad aria, è più facile usare un condizionatore d'aria inverter in modalità riscaldamento.
  3. Per ottenere benefici reali, è necessario produrre una pompa di calore "aria-acqua", "acqua-acqua" o costruire un impianto geotermico. Nel primo caso, è possibile ottenere un COP di circa 2-2,2, nel resto - per raggiungere l'indicatore 3-3,5.
  4. Senza contorni del riscaldamento a pavimento non si può fare. Il trasportatore di calore riscaldato a 30-35 gradi è incompatibile con la rete del radiatore, tranne nelle regioni meridionali.
Posa del contorno esterno della pompa al serbatoio

Nota. I produttori affermano che il sistema split dell'inverter funziona a una temperatura esterna di meno 15-30 ° C. In effetti, l'efficienza del riscaldamento è significativamente ridotta. Secondo i proprietari di case, nei giorni gelidi, l'unità interna offre un flusso d'aria appena tiepido.

Per implementare la versione in acqua sono necessarie determinate condizioni (opzionali):

  • un serbatoio a 25-50 m dall'abitazione, a una distanza maggiore il consumo di elettricità aumenterà notevolmente grazie alla potente pompa di circolazione;
  • un pozzo o un pozzo con una scorta (debito) sufficiente di acqua e un luogo per lo scarico (buca, secondo pozzo, grondaia, fognature);
  • fogna da collettore (se vi è permesso di schiantarvi contro).

Il flusso delle acque sotterranee è facile da calcolare. Nel processo di selezione del calore, il TH fatto in casa abbasserà la loro temperatura di 4-5 ° C, quindi il volume del condotto viene determinato da qui attraverso la capacità termica dell'acqua. Per ottenere 1 kW di calore (il delta delle temperature dell'acqua prese 5 gradi) è necessario guidare attraverso la pompa circa 170 litri in un'ora.

Il riscaldamento di una casa di 100 m² richiederà una potenza di 10 kW e un consumo di acqua di 1,7 tonnellate all'ora - il volume è impressionante. Tale pompa per l'acqua di calore si adatta ad una piccola casa di campagna di 30-40 m², preferibilmente isolata.

Metodi di estrazione del calore mediante pompe geotermiche

L'assemblaggio di un sistema geotermico è più realistico, sebbene il processo sia piuttosto laborioso. L'opzione con un layout orizzontale del tubo attraverso l'area a una profondità di 1,5 m viene immediatamente respinta: dovrai spalare l'intera sezione o pagare i costi per i servizi di macchine movimento terra. Il metodo con perforazione è molto più facile ed economico da implementare, praticamente senza disturbare il paesaggio.

La pompa di calore più semplice da un condizionatore d'aria di una finestra

Come si può immaginare, per la produzione della pompa "acqua - aria" è necessario un dispositivo di raffreddamento delle finestre in condizioni di lavoro. È molto desiderabile acquistare un modello dotato di una valvola di inversione e in grado di lavorare sul riscaldamento, altrimenti si dovrà ripetere il circuito freon.

Consiglio. Quando acquisti un condizionatore d'aria usato, presta attenzione all'etichetta, dove vengono visualizzate le caratteristiche tecniche dell'elettrodomestico. Il parametro che ti interessa è la performance del dispositivo durante il freddo (indicato in kilowatt o unità termiche britanniche - BTU).

La capacità di riscaldamento del dispositivo è superiore a quella di refrigerazione ed è pari alla somma di due parametri: le prestazioni più il calore generato dal compressore

Con una certa dose di fortuna, non è nemmeno necessario rilasciare pipe freon e ri-solder. Come convertire l'aria condizionata in una pompa di calore:

  1. Rimuovere la parte superiore dell'unità e svitare lo scambiatore di calore esterno dalla coppa. Spostare delicatamente il radiatore indietro, facendo attenzione a non piegare i tubi del refrigerante.
  2. Rimuovere la girante esterna dall'albero comune.
  3. Fai un serbatoio di metallo lungo la lunghezza dello scambiatore di calore esterno, fai una larghezza di 10-15 cm in più. Incorporare i collegamenti dell'acqua corrente nelle pareti laterali.
  4. Per evitare che il radiatore si glassa, aumentare la superficie di scambio aggiungendo ulteriori piastre di rame o alluminio sui lati (a seconda del materiale dello scambiatore di calore).
  5. Immergere il radiatore nel serbatoio, preferibilmente senza tagliare i tubi del freon. Realizzare un coperchio ermetico e sigillare le voci del profilo.
  6. Collegare i tubi di alimentazione e di estrazione dell'acqua ai raccordi, collegare le pompe di circolazione. Riempire e controllare la tenuta del serbatoio.

Raccomandazione. Se lo scambiatore di calore non può essere posizionato nel serbatoio senza disturbare le linee del freon, provare ad evacuare il gas e tagliare i tubi nei punti giusti (lontano dall'evaporatore). Dopo aver assemblato l'unità di scambio di calore dell'acqua, il circuito dovrà essere saldato e riempito con freon. La quantità di refrigerante è indicata anche sulla piastra.

Resta ora da eseguire una TN fatta in casa e regolare il flusso d'acqua, ottenendo la massima efficienza. Presta attenzione: il riscaldatore improvvisato utilizza completamente "imbottiture" di fabbrica, hai appena spostato il radiatore dall'ambiente dell'aria a quello liquido. Come funziona il sistema dal vivo, guarda il video del maestro artigiano:

Fare un'installazione geotermica

Se la versione precedente consente di ottenere circa il doppio risparmio, anche un circuito terrestre fatto in casa fornirà COP circa 3 (tre kilowatt di calore per 1 kW di elettricità consumata). È vero che anche i costi finanziari e del lavoro aumenteranno in modo significativo.

Sebbene molti esempi di assemblaggio di tali dispositivi siano stati pubblicati su Internet, non esiste un'istruzione universale con i disegni. Offriremo una versione funzionante, compilata e testata da un vero maestro di casa, anche se molte cose dovranno essere pensate e completate da sole - tutte le informazioni sulle pompe di calore sono difficili da inserire in un'unica pubblicazione.

Calcolo del circuito del terreno e degli scambiatori di calore della pompa

Seguendo le nostre raccomandazioni, procediamo al calcolo di una pompa geotermica con sonde verticali a forma di U posizionate nei pozzetti. È necessario conoscere la lunghezza totale del contorno esterno, quindi la profondità e il numero di alberi verticali.

Dati iniziali per un esempio: è necessario riscaldare una casa isolata privata con un'area di 80 m² e un'altezza del soffitto di 2,8 m, situata nella corsia centrale. Non calcoleremo il carico sul riscaldamento, determineremo la necessità di calore per area, tenendo conto dell'isolamento termico - 7 kW.

Opzionalmente, puoi equipaggiare un collettore orizzontale, ma poi devi allocare una vasta area per i lavori di sterro

Un importante chiarimento I calcoli di ingegneria delle pompe di calore sono piuttosto complessi e richiedono esecutori altamente qualificati, libri interi sono dedicati a questo argomento. L'articolo fornisce calcoli semplificati, tratti dall'esperienza pratica di costruttori e artigiani - appassionati di cucina casalinga.

L'intensità dello scambio termico tra il terreno e il fluido non congelante che circola lungo il profilo dipende dal tipo di terreno:

  • 1 metro lineare di una sonda verticale immersa in acque sotterranee riceverà circa 80 W di calore;
  • nei terreni pietrosi, la rimozione del calore sarà di circa 70 W / m;
  • i terreni argillosi, saturi di umidità, daranno circa 50 W per 1 m di collettore;
  • razze secche - 20 W / m.

Aiuto. La sonda verticale consiste di 2 anelli di tubi, abbassati sul fondo del pozzo e riempiti di cemento.

Un esempio di calcolo della lunghezza del tubo. Per estrarre i 7 kW necessari di energia termica dall'argilla grezza, abbiamo bisogno di 7000 W divisi per 50 W / m, otteniamo una profondità totale della sonda di 140 m. Ora la pipeline viene distribuita a pozzi profondi 20 m, che puoi trapanare con le tue mani. Totale 7 fori di 2 anelli di scambio termico, la lunghezza totale del tubo - 7 x 20 x 4 = 560 m.

La fase successiva è il calcolo dell'area di scambio termico dell'evaporatore e del condensatore. Su varie risorse Internet e forum sono offerte alcune formule di calcolo, nella maggior parte dei casi - errate. Non ci prenderemo la libertà di raccomandare tali metodi e di indurti in errore, ma offriremo qualche opzione complicata:

  1. Contattare qualsiasi produttore noto di scambiatori di calore a piastre, ad esempio Alfa Laval, Kaori, Anvitek e così via. Puoi andare sul sito ufficiale del marchio.
  2. Compila il modulo di selezione dello scambiatore di calore, o chiama il gestore e ordina la selezione dell'unità, elencando i parametri del supporto (antigelo, freon) - temperatura di ingresso e uscita, carico di calore.
  3. Lo specialista della società effettuerà i calcoli necessari e proporrà un modello adeguato dello scambiatore di calore. Tra le sue caratteristiche troverai la cosa principale - la superficie di scambio.

Gli aggregati lamellari sono molto efficaci, ma costosi (200-500 euro). È più economico assemblare uno scambiatore di calore a fascio tubiero da un tubo di rame con un diametro esterno di 9,5 o 12,7 mm. La cifra emessa dal produttore si moltiplica per un fattore di 1,1 e si divide per la lunghezza della circonferenza del tubo, ottenere il filmato.

Lo scambiatore di calore a piastre in acciaio inossidabile è un evaporatore ideale, è efficiente e occupa poco spazio. Il problema è l'alto prezzo del prodotto

Un esempio L'area di scambio termico dell'unità proposta era di 0,9 m². Scegliendo un tubo di rame da ½ "con un diametro di 12,7 mm, calcoliamo la circonferenza in metri: 12,7 x 3,14 / 1000 ≈ 0,04 m. Determina il filmato totale: 0,9 x 1,1 / 0,04 ≈ 25 m.

Attrezzature e materiali

Si propone che la futura pompa di calore sia costruita sulla base di un sistema split per unità esterne di capacità adeguata (indicato sulla piastra). Perché è meglio usare un condizionatore d'aria usato:

  • il dispositivo è già dotato di tutti i componenti - compressore, acceleratore, ricevitore e impianto elettrico di avviamento;
  • scambiatori di calore self-made possono essere posizionati nel telaio;
  • ci sono comode porte di servizio per ricaricare freon.

Nota. Gli utenti che comprendono l'argomento selezionano l'apparecchiatura separatamente: compressore, TRV, controller e così via. Se hai esperienza e conoscenza, questo approccio è il benvenuto.

È inopportuno assemblare TN sulla base del vecchio frigorifero: la potenza dell'unità è troppo piccola. Nella migliore delle ipotesi, sarà possibile "spremere" fino a 1 kW di calore, che è sufficiente per riscaldare una piccola stanza.

Oltre all'unità esterna "split" saranno necessari i seguenti materiali:

  • Tubo in HDPE Ø20 mm - sul contorno di terra;
  • raccordi in polietilene per l'assemblaggio di collettori e il collegamento a scambiatori di calore;
  • pompe di circolazione - 2 pezzi;
  • manometri, termometri;
  • tubo idraulico di alta qualità o tubo PND con un diametro di 25-32 mm sul guscio dell'evaporatore e del condensatore;
  • tubo di rame Ø9,5-12,7 mm con uno spessore della parete di almeno 1 mm;
  • isolamento per condotte e autostrade freon;
  • kit per la sigillatura dei cavi scaldanti posti all'interno del sistema di alimentazione dell'acqua (necessario per sigillare le estremità dei tubi di rame).
Set di maniche per l'inserimento ermetico del tubo di rame

Acqua salina o antigelo per il riscaldamento - il glicole etilenico è utilizzato come trasportatore di calore esterno. Avrai anche bisogno di una scorta di freon, il cui marchio è indicato sulla targhetta del sistema split.

Assemblaggio dell'unità di scambio termico

Prima dell'installazione, il modulo esterno deve essere smontato - rimuovere tutti i coperchi, rimuovere la ventola e un grande radiatore regolare. Spegnere l'elettromagnete che controlla la valvola di inversione se non si prevede di utilizzare la pompa come refrigeratore. I sensori di temperatura e pressione devono essere mantenuti.

L'ordine di assemblaggio dell'unità principale TN:

  1. Realizzare il condensatore e l'evaporatore spingendo il tubo di rame nel tubo della lunghezza stimata. Alle estremità, installare i tee per collegare la terra e il circuito di riscaldamento, sigillare i tubi di rame sporgenti utilizzando un kit speciale per il cavo scaldante.
  2. Usando un pezzo di tubo di plastica Ø150-250 mm come nucleo, avvolgi i contorni a due tubi fatti in casa e fai uscire le estremità nella giusta direzione, come si fa in seguito nel video.
  3. Posizionare e fissare entrambi gli scambiatori di calore a fascio tubiero al posto del radiatore standard, saldare i tubi di rame ai terminali corrispondenti. Scambiatore di calore "caldo": è preferibile collegare il condensatore alle porte di servizio.
  4. Installare sensori installati in fabbrica che misurano la temperatura del refrigerante. Isolare le sezioni del tubo nudo e gli scambiatori di calore stessi.
  5. Sulle linee d'acqua, metti termometri e manometri.

Consiglio. Se si prevede di mettere l'unità principale per strada, è necessario prendere misure per congelare l'olio nel compressore. Acquistare e assemblare il kit di coppa dell'olio elettrico invernale.

Sui forum tematici esiste un altro metodo per fabbricare un evaporatore: un tubo di rame avvolto a spirale, quindi inserito in un contenitore chiuso, ad esempio un serbatoio o un barile. L'opzione è abbastanza ragionevole con un gran numero di giri, quando lo scambiatore di calore semplicemente non si adatta nel caso del condizionatore d'aria.

Dispositivo per il contorno del terreno

In questa fase vengono eseguiti lavori di scavo semplici e lunghi, ma anche il layout delle sonde. Quest'ultimo può essere fatto manualmente o invitare un trapano. La distanza tra pozzi adiacenti è di almeno 5 m. Ulteriore ordine di lavoro:

  1. Scava una fossa poco profonda tra i fori per la posa delle condotte.
  2. In ogni buca, abbassare 2 anelli di tubi di polietilene e riempire le buche con cemento.
  3. Collegare le linee alla giunzione e montare il collettore comune utilizzando raccordi HDPE.
  4. Le tubazioni posate nel terreno dovrebbero essere riscaldate e coperte di terra.

Un punto importante Prima di cementare e riempire di nuovo, assicurati di controllare la tenuta del circuito. Ad esempio, collegare un compressore d'aria al collettore, pompare una pressione di 3-4 bar e lasciare per alcune ore.

Quando si collegano le autostrade, seguire lo schema seguente. I rubinetti con i rubinetti saranno necessari durante il riempimento del sistema con salamoia o glicole etilenico. Collegare i due tubi principali dal collettore alla pompa di calore e collegarlo allo scambiatore di calore-evaporatore "freddo".

Nei punti più alti di entrambi i circuiti idraulici, deve essere posizionata una presa d'aria, convenzionalmente non mostrata sullo schema

Non dimenticare di installare un'unità di pompaggio responsabile della circolazione del fluido, la direzione del flusso, verso il freon nell'evaporatore. Gli ambienti che attraversano il condensatore e l'evaporatore devono muoversi l'uno verso l'altro. Come riempire il lato "freddo" dell'autostrada, guarda il video:

Allo stesso modo, il condensatore è collegato al sistema di riscaldamento del pavimento della casa. Non è necessario installare l'unità di miscelazione con una valvola a tre vie a causa della bassa temperatura di mandata. Se è necessario combinare pompe di calore con altre fonti di calore (collettori solari, caldaie), utilizzare un serbatoio di accumulo in più punti.

Rifornimento di carburante e avvio del sistema

Dopo l'installazione e il collegamento dell'unità alla rete elettrica, inizia una fase importante: il riempimento del sistema con un refrigerante. Un trabocchetto attende qui - non si sa quanto Freon deve essere riempito, perché il volume del circuito principale è cresciuto notevolmente a causa dell'installazione di un condensatore fatto da sé con un evaporatore.

La questione è risolta dal metodo di riempimento per pressione e temperatura del surriscaldamento del refrigerante, misurato all'ingresso del compressore (il freon viene fornito allo stato gassoso). Le istruzioni dettagliate per il riempimento con un metodo di misurazione della temperatura sono fornite nella seguente guida.

Nella seconda parte del video presentato, viene descritto come riempire il sistema con refrigerante di marca R22 in termini di pressione e temperatura di surriscaldamento del refrigerante:

Al termine del rifornimento, accendere entrambe le pompe di circolazione alla prima velocità e avviare il compressore. Monitorare la temperatura della salamoia e i termometri del refrigerante interno. Durante la fase di riscaldamento, le tubazioni del refrigerante potrebbero ghiacciare e quindi il gelo dovrebbe fondere.

conclusione

Non è affatto facile realizzare ed eseguire una pompa geotermica termica. Certamente richiedono raffinatezza, correzione di difetti e adeguamento. Di norma, la maggior parte dei problemi nelle pompe di calore improvvisate è dovuta a un montaggio o un rifornimento improprio del circuito principale di scambio di calore. Se l'unità si guasta immediatamente (le automatiche di sicurezza funzionavano) o il liquido di raffreddamento non si riscalda, è necessario chiamare il mago del sistema di refrigerazione: diagnosticherà e segnalerà gli errori commessi.

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