La risposta è semplice. Due terzi del costo per la manutenzione di una casa sono legati al riscaldamento. Pertanto, utilizzando una fonte di calore economica, possiamo garantire bollette basse. E la crescente popolarità delle pompe di calore e la concorrenza delle aziende che le producono riducono il prezzo di questi dispositivi.
Come funziona la pompa
La pompa di calore trae la sua energia gratuita dall'ambiente naturale: suolo, acqua di falda e aria - queste sono le fonti di calore inferiori. Quindi lo converte in calore di riscaldamento e lo fornisce al sistema di riscaldamento centrale domestico (fonte di calore superiore). Durante il funzionamento, invece, consuma elettricità, che viene utilizzata per azionare il compressore, ovvero l'elemento principale che pompa energia termica.
Il principio di una pompa di calore è simile a quello di un frigorifero. Si basa sull'uso delle proprietà di un fluido speciale, il cosiddetto mezzo di lavoro che, pur circolando nell'installazione interna della pompa, subisce periodici cambi di fase. Quando riceve il calore fornito alla pompa (da terra, acqua o aria), evapora trasformandosi in gas. Questo gas viene compresso da un compressore, che ne aumenta la temperatura e la pressione. Quindi si raffredda e si condensa. Durante la condensazione, vengono rilasciate grandi quantità di calore, che possono essere utilizzate per il riscaldamento degli impianti di riscaldamento centralizzato. Dopo l'espansione e il rilascio di calore, il mezzo di lavoro passa alla fase liquida e l'intero processo ricomincia dall'inizio.
Avvertimento! Se abbiamo intenzione di riscaldare la casa con una pompa di calore, non dobbiamo costruire un camino o fornire spazio per un deposito di carburante.
Cosa c'è di meglio: terra, acqua o aria
Quando si sceglie una pompa di calore, è necessario scegliere il tipo di fonte di calore. Prende in considerazione, tra gli altri, fattori quali: la zona climatica in cui si trova la nostra casa, le dimensioni del terreno, il livello e la composizione chimica delle acque sotterranee, il fabbisogno di calore della casa e le capacità finanziarie dell'investitore.
Terra. L'energia proveniente dal suolo può essere raccolta da uno scambiatore orizzontale o verticale (sonde di terra). Sono tubi di plastica interrati (solitamente polietilene PE) attraverso i quali scorre una miscela di acqua e glicole, chiamata salamoia. Estrae calore dal terreno e lo trasporta all'evaporatore della pompa di calore.
Collettore di terra. Quando si sceglie un collettore orizzontale, i tubi vengono posati orizzontalmente a una profondità di 1,2-1,5 m sotto il livello del suolo. I singoli circuiti identici non dovrebbero superare i 100 m di lunghezza, altrimenti la resistenza al flusso sarebbe troppo alta. La distanza tra gli anelli dipende dal diametro dei cavi ed è solitamente compresa tra 50 e 100 cm. Una tale distanza garantisce una ricezione uniforme del calore da terra.
Le proprietà di accumulo del suolo dipendono dalla sua umidità e struttura. Saranno tanto maggiori quanto più sarà saturo d'acqua, tanto più minerali contiene e minore sarà la sua porosità. Pertanto, il terreno argilloso e umido (la ricezione del calore per 1 m2 è 25-35 W / m2) è migliore di quello secco e sabbioso (solo 10-15 W / m2). Un collettore di terra orizzontale è relativamente economico da implementare, ma richiede un appezzamento di dimensioni sufficienti.
Esempio. Per una pompa di calore con una potenza termica di 10 kW e un'efficienza media di estrazione del calore dal suolo di 25 W / m2, la superficie richiesta per la posa di un collettore a terra sarà di circa 340 m2.
Sonde a terra. Si tratta di pozzi, generalmente fino ad una profondità di 100 m, per poterli perforare l'investitore deve ottenere un permesso dall'Ufficio Gestione delle Acque. Se sono necessari quelli più profondi (oltre 100 m), dovrebbe essere approvato dall'autorità mineraria.
Molto spesso, dopo aver realizzato il primo pozzo, è possibile determinare con precisione il tipo e la struttura del terreno. Quindi, su questa base, viene verificato se la lunghezza di progetto della sonda sarà sufficiente o se sarà necessario perforare un pozzo più profondo. Il numero e la profondità dei pozzi dipendono dalla richiesta di calore dell'edificio. Si ipotizza che da un metro del collettore sia possibile ottenere 50-55 W di potenza termica. L'indubbio vantaggio del collettore verticale è che può stare anche su un piccolo appezzamento di terreno. La sua esecuzione, tuttavia, è più costosa di quella orizzontale.
Esempio. Per poter installare una pompa di calore con una potenza termica di 10 kW, ipotizzando una capacità media di 50 W / m di lunghezza della sonda, saranno necessarie due sonde di terra (due pozzi) - ciascuna profonda 85 m
. Questo metodo di consumo energetico è molto efficace a causa della temperatura relativamente elevata delle acque sotterranee - a livello di 7-12 ° C, anche in inverno.
L'acqua di falda viene prelevata da un pozzo di prelievo e pompata all'evaporatore della pompa di calore. Quindi l'acqua raffreddata viene scaricata nel pozzo di assorbimento o scaricato bene.
Un tale sistema funziona correttamente e senza guasti se c'è accesso ad acqua con una composizione chimica appropriata. Tuttavia, accade spesso che l'acqua cambi la sua composizione nel tempo (il contenuto di ferro o manganese supera il livello consentito). Ciò può danneggiare l'evaporatore della pompa. Pertanto, uno scambiatore di calore intermedio aggiuntivo viene utilizzato per proteggerlo.
Un'altra difficoltà relativa all'ottenimento di calore dalle acque sotterranee è la necessità di trovare una falda acquifera con un'efficienza sufficientemente elevata - circa 210 l all'ora per ogni kilowatt di potenza termica.
Esempio. Una pompa di calore con una capacità di 10 kW deve avere un flusso minimo di acqua di falda di circa 2100 l / h.
Aria esterna. È la più economica da installare (non richiede il costo di realizzare una fonte di calore geotermica) e la fonte di energia più accessibile.
Molto spesso, l'intera pompa di calore è posizionata all'esterno della casa. Dapprima l'aria viene aspirata attraverso un condotto, quindi il calore in essa contenuto viene raccolto nell'evaporatore, ed infine viene nuovamente scaricato all'esterno. Le moderne pompe di calore possono generare calore anche a una temperatura esterna di -20 ° C. Tuttavia, in tali condizioni, la domanda di calore totale per il riscaldamento degli ambienti non è coperta. Sarà necessario riscaldare l'acqua di riscaldamento alla temperatura richiesta, ad esempio mediante una stufa elettrica o un caminetto.
Parametri importanti
Nella selezione e nel confronto delle pompe di calore, utilizziamo i parametri forniti dai produttori. Di solito sono la potenza di riscaldamento e il fattore di efficienza.
Potenza di riscaldamento. Idealmente, la potenza della pompa di calore dovrebbe essere definita dal progettista dell'impianto di riscaldamento. Tuttavia, è possibile stimarne inizialmente le dimensioni sulla base del fabbisogno termico unitario dell'edificio e moltiplicarlo per l'area della casa. In termini semplificati, è:
- 40 W / m2 - in una casa a basso consumo energetico,
- 50 W / m2 - in una casa con un isolamento termico migliore di quanto richiesto dalle norme,
- 70 W / m2 - in una casa con un buon isolamento termico,
- 120 W / m2 - in case più vecchie e meno isolate.
Esempio. Per una casa unifamiliare con una superficie riscaldata di 180 m2 con un buon isolamento termico, la richiesta di calore sarà di 180 m2 × 70 W / m2 = 12.600 W = 12,6 kW.
Se la pompa di calore riscalderà anche l'acqua sanitaria, la sua potenza potrà essere aumentata di circa 0,25 kW per abitante. Pertanto, quando quattro persone utilizzano l'acqua calda in casa, la potenza della pompa di calore aumenterà di 1 kW.
Alcuni professionisti ritengono che la pompa di calore possa essere "sottodimensionata". Pertanto, scelgono una potenza del dispositivo inferiore a quella richiesta dalla casa per il riscaldamento, supponendo in anticipo che la potenza mancante durante le forti gelate sarà integrata da una fonte di calore aggiuntiva, ad esempio un riscaldatore elettrico. Tuttavia, questo, purtroppo, porterà a un aumento dei costi di riscaldamento.
Inoltre, una pompa di calore di potenza inferiore funzionerà ininterrottamente, caricando in modo significativo la fonte di calore inferiore (collettore orizzontale o sonde di terra), per la quale lavorare in modo intermittente è sicuramente più vantaggioso, favorendo una rigenerazione più rapida della fonte di calore.
Pertanto, la potenza di riscaldamento di una pompa di calore che preleva energia dal terreno o dall'acqua di falda dovrebbe corrispondere alla domanda di calore dell'edificio.
Solo la pompa dell'aria è progettata con una potenza inferiore a quella risultante dai calcoli - per il 70-80% del fabbisogno di calore della casa. Una pompa selezionata al 100% non solo sarebbe molto costosa, ma funzionerebbe anche in modo antieconomico. Pertanto, si presume che durante forti gelate, la potenza mancante verrà sostituita da un riscaldatore elettrico.
Prestazioni COP (coefficiente di performance). Viene utilizzato per valutare l'efficienza della pompa di calore. Esprime il rapporto tra la potenza di riscaldamento della pompa di calore e la quantità di elettricità che consuma. Se i parametri dell'impianto sono opportunamente selezionati, il COP raggiunge il valore 4. Ciò significa che per ogni kilowattora di energia elettrica fornita si possono ottenere 4 kWh di energia termica.
Il coefficiente COP oscilla notevolmente a causa delle mutevoli condizioni di funzionamento della pompa di calore. Il suo valore dipende principalmente dalla temperatura della sorgente di calore e dalla temperatura dell'acqua di riscaldamento in uscita dalla pompa di calore. Pertanto, quando si sceglie una sorgente superiore, è meglio optare per sistemi con una temperatura dell'acqua in uscita bassa, come il riscaldamento a pavimento.
Esempio. Calcoliamo il costo di 1 kWh di calore di riscaldamento, se il produttore ha specificato l'efficienza della pompa a COP = 4.
Pagando 0,15 PLN per 1 kWh di elettricità, otteniamo 4 kWh di calore di riscaldamento. Pertanto, 1 kWh di calore per riscaldamento ci costa circa 0,19 PLN.
Avvertimento! Nel valutare i costi effettivi di riscaldamento, viene preso in considerazione anche il coefficiente di prestazione dell'impianto COPIN. Determina il rapporto tra il calore di riscaldamento fornito e il consumo di energia elettrica di tutti i dispositivi funzionanti nell'impianto: pompe di calore, pompe di circolazione e una resistenza elettrica. Il suo valore è quindi inferiore al COP della pompa di calore stessa.
Quali sono i costi di esercizio
Analizzeremo la legittimità dell'utilizzo di una pompa di calore sulla base di una specifica abitazione. Presenteremo la pompa di calore selezionata, i valori di COP ottenuti in ogni mese e le spese sostenute per il riscaldamento della casa e dell'acqua sanitaria.
Presupposti. L'analisi è stata eseguita per una casa unifamiliare con una superficie di circa 200 m2 situata nei pressi di Opole. Ci vivono quattro persone.
- La richiesta di calore calcolata è di 11,3 kW.
- L'unica fonte di calore che alimenta il sistema di riscaldamento centralizzato è una pompa di calore con una capacità di riscaldamento di 10,8 kW. Prende energia dal terreno attraverso uno scambiatore di calore a terra verticale - sonde di terra. Sono stati realizzati due pozzi, profondi 91 ciascuno
- Il produttore ha dichiarato il coefficiente di prestazione COP a 4,5 e il consumo di elettricità era di 2,4 kW.
- La temperatura massima dell'acqua di riscaldamento è di 55 ° C. L'impianto utilizza un accumulo di calore da 600 litri.
- Durante il riscaldamento dell'acqua sanitaria, la pompa di calore è supportata da una resistenza elettrica inserita in una caldaia da 300 L.
- È stato installato un contatore elettrico a doppia tariffa.
Risultati. La quantità di calore fornita dalla pompa di calore è stata determinata sulla base delle letture del contatore di calore installato nella casa. Dalla lettura del contatore elettrico è stato invece letto il consumo di energia elettrica di tutti i dispositivi funzionanti nell'impianto (pompa di calore, circolatori e resistenza elettrica).
- Il costo del riscaldamento della casa e dell'acqua sanitaria tra il 1 settembre 2006 e il 1 settembre 2007 è stato di 1076 lordi. Durante questo periodo, il consumo di elettricità è stato:
- nella tariffa giornaliera di 178,9 kWh,
- nella tariffa notturna 4094,3 kWh.
- Nella stagione di riscaldamento 2007/2008 la spesa elettrica è stata registrata nei singoli mesi (vedi tabella sotto). Sommando questi valori, il costo totale del riscaldamento della casa e dell'acqua sanitaria è stato di 1.160 lordi.
Si è notato che più del 70% del calore necessario per il riscaldamento viene prelevato dal suolo e la quota di elettricità non supera il 30%. La pompa di calore normalmente funziona dalle 7 alle 10 ore al giorno (anche a temperature esterne fino a -10 ° C). Un tempo di funzionamento così breve è possibile grazie all'ottimo isolamento termico dell'intera casa, all'uso delle proprietà di accumulo di calore mediante riscaldamento a pavimento e all'uso di un serbatoio di accumulo dell'acqua di riscaldamento di grande capacità. Inoltre, costi di esercizio così bassi sono influenzati anche dal fatto che la pompa di calore funziona e consuma elettricità solo alla tariffa notturna più conveniente (tra le 13:00 e le 15:00 e le 22:00 alle 6:00).D'altra parte, lunghe interruzioni del funzionamento della pompa di calore durante il giorno favoriscono una più rapida rigenerazione del suolo.
I costi stimati per il riscaldamento di questa casa con altre fonti di calore (gas, petrolio, combustibili solidi o elettricità) sono presentati nella tabella sopra. I prezzi del carburante da marzo 2008 sono stati utilizzati per svilupparli.
A chi è consigliata
La pompa di calore può essere installata sia in case nuove che ammodernate. È particolarmente consigliato in alternativa al riscaldamento con olio combustibile o gas liquido.
Vale la pena considerare questa soluzione anche quando il costo per l'allacciamento del gas naturale è molto elevato (a causa della notevole distanza dalla rete del gas). La pompa di calore funziona al meglio in case ad alta efficienza energetica con bassa richiesta di calore. Più caldo è l'edificio, minori saranno i costi di riscaldamento e più economica sarà l'installazione (l'acquisto di una pompa con più potenza è più costoso).
Come è noto, il rendimento di una pompa di calore, e quindi i suoi costi di esercizio, dipendono in larga misura dalla differenza di temperatura tra la sorgente superiore e quella inferiore. Per ridurre al minimo questa differenza in una casa che sarà riscaldata da una pompa di calore, è necessario utilizzare un sistema di riscaldamento a bassa temperatura, ovvero riscaldamento a pavimento.
Sebbene la pompa di calore possa funzionare anche con i radiatori, affinché un tale sistema funzioni in modo relativamente efficiente, la temperatura dell'acqua alla loro fornitura non deve superare i 50-55 ° C (nel riscaldamento tradizionale è solitamente di 75 ° C). Ciò è legato al loro aumento di dimensioni (devono avere una potenza adeguata per garantire la temperatura nell'ambiente desiderata dall'utente). E se ciò non è possibile, è necessario progettare più radiatori in una data stanza invece di uno, il che ovviamente aumenta il costo del sistema.
Non si può dire che una pompa di calore sia una buona soluzione per tutto. La sua sola applicazione non garantisce bassi costi di riscaldamento domestico. Deve essere conteggiato individualmente per ogni edificio. Non c'è dubbio, tuttavia, che con l'aumento dei prezzi del carburante, il riscaldamento con le pompe diventerà sempre più redditizio.
Tipi di pompe di calore
A seconda del tipo di fonte di calore (la prima parte nel nome della pompa) e assumendo che l'impianto di riscaldamento della casa sarà ad acqua (la seconda parte del nome rispettivamente), le pompe di calore possono essere suddivise in:
- salamoia-acqua - prendono energia da terreno attraverso un mezzo intermedio (salamoia) e restituirlo all'impianto di riscaldamento centrale;
- acqua-acqua - prendono energia dalla falda acquifera e la trasferiscono all'impianto di riscaldamento;
- aria-acqua - l'energia viene raccolta dall'aria e quindi trasferita all'impianto di riscaldamento.
Non solo per il riscaldamento
Le pompe di calore non servono solo per riscaldare la tua casa. Possono anche preparare l'acqua calda o rinfrescare l'edificio in estate.
Acqua calda. Viene spesso preparata in una tramoggia separata, la cui capacità varia solitamente tra 300 e 500 L. Tuttavia, ci vuole spazio per allestire una tramoggia così ampia e separata. Pertanto, sempre più aziende offrono dispositivi compatti in cui la pompa e il serbatoio di accumulo hanno un alloggiamento comune.
Raffreddamento. Può essere implementato in due modi. Nella prima, il modo in cui funziona la pompa di calore è invertito in modo che funzioni come un frigorifero. Il secondo sfrutta la bassa temperatura del terreno o dell'acqua di falda per raffreddare gli ambienti, ad esempio con il riscaldamento a pavimento.
