Nessun esperto responsabile selezionerà una pompa di calore senza conoscere le condizioni in cui funzionerà. Prima di prendere una decisione, dovrebbe sapere, tra le altre cose: quali sono le possibilità di estrarre energia termica dall'ambiente (aria, acqua, suolo) in cui si trova l'abitazione, qual è la richiesta di calore e se la pompa sarà l'unica fonte di riscaldamento garantendo la giusta temperatura in casa . Solo dopo aver analizzato queste informazioni, può selezionare la pompa di calore ottimale in termini di redditività dell'investimento e conseguenti costi di esercizio.
Efficienza della pompa di calore
Il coefficiente COP viene utilizzato per valutare l'efficienza della pompa di calore. Il suo valore determina la quantità di energia termica che la pompa trasferirà all'edificio in relazione all'energia prelevata dalla rete elettrica.
Il valore COP varia in modo significativo a causa delle mutevoli condizioni di funzionamento della pompa e dipende dalla differenza tra la temperatura della fonte di calore inferiore e superiore. Maggiore è, minore è l'efficienza della pompa. La sua potenza diminuisce anche con l'abbassamento della temperatura della fonte di calore, che solitamente è aria, acqua o suolo.
Ad esempio, un produttore afferma che la sua pompa ha una potenza di circa 10 kW e un'efficienza COP di 4.5 alla temperatura della sorgente di terra + 5 ° C e alla temperatura della sorgente superiore + 35 ° C. Ciò significa che per ogni kilowattora di elettricità fornita, possiamo ottenere 4,5 kWh di energia termica. Tuttavia, alla temperatura della sorgente inferiore e superiore, rispettivamente di -10 ° C e + 50 ° C, la sua potenza sarà di circa 5,8 kW e il COP scenderà al di sotto di 3.
Un altro parametro importante che influenza l'efficienza della pompa è la temperatura della sorgente di calore superiore. Se è troppo alto, riduce la redditività dell'utilizzo della pompa.
Energia dal suolo
Possiamo utilizzarla realizzando un collettore orizzontale o verticale.
Il collettore orizzontale è costituito da tubi disposti a spirale o paralleli tra loro nel terreno. I tubi sono riempiti con una soluzione di glicole o gas che riceve calore dal terreno e lo trasporta alla pompa di calore. Una tale sorgente di fondo richiede un appezzamento di dimensioni sufficienti, spesso anche due volte più grande dell'area della casa riscaldata.
Il collettore orizzontale è posto al di sotto della zona di congelamento, cioè ad una profondità di 1,2-1,8 m, è quindi esposto a forti escursioni termiche durante tutto l'anno.
All'inizio della stagione di riscaldamento, quando il terreno è caldo, la temperatura della fonte di calore può arrivare fino a + 15 ° C. Quindi la pompa di calore funziona perfettamente. Ad esempio, la sua efficienza COP può essere di circa 5 (a 35 ° C della temperatura di alimentazione della sorgente superiore). Tuttavia, al termine della stagione di riscaldamento - soprattutto quando la superficie del collettore è stata realizzata senza alcuna riserva - la temperatura della fonte di calore può scendere anche sotto i -10 ° C e quindi il COP della pompa oscillerà intorno a 2 o anche meno. E se l'inverno è anche gelido, il terreno potrebbe gelare, il che provocherà uno spegnimento di emergenza della pompa di calore. Inoltre, tale terreno si rigenererà molto più a lungo.
Come puoi vedere, il collettore orizzontale è caratterizzato da una grande variazione di potenza ed efficienza della pompa di calore, quindi, al momento di decidere su di esso, dovrebbe essere notevolmente sovradimensionato.
Il collettore verticale è costituito da fori perforati anche ad una profondità di 150 m, nei quali vengono inseriti tubi terminanti con un raccordo ad U e riempiti con soluzione glicolata. Questo tipo di fonte di calore è caratterizzato da un'elevata stabilità della temperatura. In pozzetti ben realizzati il glicole ha una temperatura costante (+ 2 ° C), indipendentemente dalla stagione.
Inoltre, non è richiesta una grande area di trama. L'unico svantaggio di questa soluzione sono i costi di produzione più elevati rispetto al collettore orizzontale.
Una pompa di calore alimentata da un collettore verticale ha una potenza costante e un'elevata efficienza per tutta la stagione di riscaldamento - il valore COP è leggermente superiore a 4.
Energia delle acque sotterranee
Questo è uno dei modi più efficaci per ricevere energia termica rinnovabile. Le acque sotterranee hanno una temperatura elevata indipendentemente dalla stagione. A seconda della regione del paese, varia da +8 a + 12 ° C.
L'acqua viene pompata direttamente attraverso lo scambiatore della pompa di calore, quindi non ci sono perdite di temperatura sulle pareti dei tubi posati nel terreno, come nel caso ad esempio dei collettori orizzontali. Grazie a questo il COP della pompa di calore può arrivare anche a 5.
Solitamente vengono perforati due pozzi per ottenere energia dalle acque sotterranee. Si preleva l'acqua dalla prima e si raffredda di alcuni gradi fino alla seconda. I pozzi dovrebbero essere distanti almeno 20 me raggiungere la stessa falda acquifera.
Purtroppo questa soluzione presenta una serie di limitazioni legate alla disponibilità di acqua e alla costanza dei suoi parametri chimici. Se gli strati d'acqua sono profondi (meno di 30 m), il costo dell'elettricità correlato al funzionamento della pompa di circolazione riduce l'efficienza dell'intero sistema e il costo della costruzione del pozzo stesso sarà significativo. Un altro problema è la variabilità della chimica dell'acqua. Accade spesso che dopo un po 'di tempo il contenuto di ferro, calcio e altri minerali in esso aumenti oltre il livello accettabile. Ciò provoca l'ostruzione del pozzetto di scarico e dello scambiatore nella pompa di calore e quindi l'immobilizzazione del dispositivo. Pertanto, mentre l'acqua sotterranea può essere la fonte di calore più economica, è anche l'investimento più rischioso.
Energia dall'aria
Questa fonte di energia è ancora sottovalutata, nonostante sia una delle più economiche (non necessita di lavori di sterro). Le preoccupazioni degli investitori derivano dal fatto che la potenza e l'efficienza della pompa di calore diminuiscono al diminuire della temperatura esterna.
Questo è senza dubbio un fenomeno molto sfavorevole. Più bassa è la temperatura dell'aria esterna, maggiore è la potenza necessaria per riscaldare la casa e la pompa è quindi meno efficiente. Tuttavia, questa non è una caratteristica che squalifica questa soluzione.
I produttori forniscono la potenza dei loro dispositivi per una temperatura esterna di 7 ° C (questa è la potenza nominale). In queste condizioni la loro efficienza è addirittura superiore a 4,5. I moderni dispositivi di questo tipo funzionano anche fino a -20 ° C. Ovviamente, la loro efficienza è quindi bassa - prossima a 1 - e la loro potenza ammonterà solo al 25% della potenza nominale. Ma anche a una temperatura esterna di -10 ° C, la pompa funzionerà con un COP che oscilla intorno a 2 e funzionerà a metà della sua potenza nominale. Ad una temperatura tipica della stagione invernale, che oscilla intorno a 0 ° C, la pompa di calore darà già circa tre volte più energia di quella che consuma dalla rete elettrica e la sua potenza sarà solo una dozzina per cento inferiore a quella richiesta.
Per questi motivi, questo tipo di pompa di calore deve essere sempre utilizzato con una fonte di calore aggiuntiva. Molto spesso è solo una stufa elettrica.
Pompa ad aria e altre pompe di calore
Supponiamo che la casa si trovi nel Voivodato della Masovia e abbia una superficie di circa 150 m2. Le sue pareti esterne e il piano terra sono stati isolati con uno strato di polistirolo di 20 cm e il tetto con uno strato di lana minerale di 30 cm. Le finestre in esso installate hanno un coefficiente di scambio termico di U = 1,1 W / (m2K). Utilizza riscaldamento a pavimento alimentato con acqua a 35 ° C e ventilazione meccanica con recupero di calore. Il fabbisogno di calore della casa per il riscaldamento e l'acqua calda è di 6,5 kW. Si è deciso di riscaldarlo con una pompa di calore ad aria.
Impatto sulla posizione. Come sapete, i costi di riscaldamento della casa dipendono direttamente dall'efficienza della pompa di calore, e questa a sua volta dipende dalla temperatura della sorgente superiore e inferiore. Per valutare l'opportunità di utilizzare una pompa di calore in casa, i professionisti devono, tra l'altro, fare riferimento alla temperatura calcolata. Nella parte centrale della Polonia sono -20 ° C, in montagna -24 ° C e al mare -16 ° C.
Efficienza delle pompe di calore. Confrontando l'efficienza di varie pompe ad una temperatura esterna di -20 ° C, quella dell'aria è decisamente la peggiore. Raggiungerà un COP di circa 1. Tuttavia, in queste condizioni, il COP per i modelli che utilizzano energia dall'acqua o un collettore verticale sarà superiore a 4.
Tuttavia, si dovrebbe tenere conto del fatto che di solito ci sono pochi giorni gelidi. Secondo misurazioni della temperatura media su 30 anni, nel centro della Polonia, durante l'inverno, ci sono solo poche dozzine di ore con gelo superiore a -15 ° C e diverse centinaia di ore da -10 ° C.
Costo riscaldamento pompa aria. Se utilizziamo una pompa di calore ad aria con una potenza nominale di 10 kW per riscaldare questa casa, purché la temperatura esterna non scenda sotto i -10 ° C, il dispositivo non utilizzerà un riscaldatore elettrico. Bisogna pagare circa 20.000 per una pompa del genere , i costi di questo tipo di riscaldamento durante un freddo inverno ammonterebbero a 2.000…
Confronto con una pompa a terra. Se sostituissimo la pompa ad aria con una pompa ad aria a terra con pozzi verticali, pagheremmo circa 45mila, e le spese di riscaldamento scenderanno a 1100. Si può vedere che per la differenza di prezzo tra i due dispositivi potremmo riscaldare la casa con una pompa ad aria per oltre 12 anni ((45mila - 20 mila) / 2 mila. = 12,5 anni).
