Pompe di calore
Le pompe di calore vengono sempre più utilizzate per riscaldare edifici e preparare acqua calda sanitaria. Come suggerisce il nome, questi dispositivi "pompano calore", che significa prelevare calore da un mezzo con una temperatura inferiore (ad es. Aria esterna, suolo o acqua) e trasferirlo a un mezzo la cui temperatura è più alta (ad es. Aria in una stanza o acqua in un impianto). ).
Ognuno di noi conosce questa tecnologia dalla propria casa, perché i frigoriferi domestici funzionano secondo lo stesso principio. Prendono calore dall'aria all'interno del frigorifero (che è fredda) e trasferiscono il calore all'aria della stanza.
Naturalmente, in natura non esiste un fenomeno spontaneo di trasferimento di calore da un mezzo più freddo a un mezzo più caldo. Il trasporto del calore da parte di una pompa di calore richiede quindi energia. Di regola, è una corrente elettrica per azionare il compressore.
Nonostante sia un costoso vettore energetico, le pompe di calore sono molto economiche da far funzionare, perché questi dispositivi, consumando 1 kWh di elettricità, forniscono 3-4 kWh di energia termica all'impianto. La differenza di 2-3 kWh è il calore prelevato dall'ambiente circostante l'edificio. In questo modo, 1 kWh di energia per il riscaldamento di una casa è 3-4 volte più conveniente rispetto all'utilizzo diretto dell'elettricità, ad esempio per alimentare le stufe elettriche.
Dopo la conversione si scopre che l'energia fornita all'impianto dalla pompa di calore è più economica del calore prodotto da una caldaia a condensazione a gas naturale. Tuttavia, come sempre, per risparmiare, devi prima investire. Per quanto riguarda le pompe di calore, questo investimento è piuttosto costoso.
Efficienza delle pompe di calore
I dati tecnici delle pompe di calore danno la loro efficienza sotto forma di indice COP. È il quoziente tra la quantità di calore trasferita all'impianto e la quantità di elettricità consumata dal compressore.
In pratica, dividiamo la somma della quantità di energia prelevata dall'ambiente (aria, acqua o suolo) e la potenza del compressore per la potenza del compressore. Ad esempio, se la pompa di calore preleva 6 kW di energia da terra e la potenza del compressore è 2 kW, il COP è (6 + 2) / 2 = 4.
Il COP non è costante; varia con la temperatura della salamoia e la temperatura richiesta nell'impianto di riscaldamento. A seconda della temperatura e del tipo di fonte di calore, il COP può variare da poco più di 2 fino a 5,5 o più.
I valori di COP indicati presuppongono un'installazione a pavimento in tutta la casa, in cui la temperatura massima dell'acqua in inverno non supererà i 35 ° C. Se installato con i radiatori, l'efficienza diminuirà anche di 1-1,5. Sulla base di ciò, si può affermare che la soluzione migliore è utilizzare il riscaldamento a pavimento in tutta la casa. L'investimento non sarà molto più costoso rispetto all'utilizzo di riscaldatori. Va tenuto presente che la pompa di calore richiederebbe radiatori molto più grandi che sarebbero in grado di riscaldare la casa ad una temperatura dell'acqua di 55 ° C o inferiore.
L'efficienza dell'intero impianto sarà elevata solo con un'attenta selezione della pompa di calore stessa, della fonte di calore e dell'impianto di riscaldamento.
Appare irragionevole acquistare una pompa di calore, realizzare, ad esempio, sonde geotermiche e utilizzare termosifoni in casa che richiedono di riscaldare l'acqua fino a 55 ° C in inverno. Utilizzando solo un'installazione un po 'più economica con radiatori anziché un'installazione a pavimento, riduciamo notevolmente l'efficienza degli impianti di riscaldamento con una pompa di calore.
Pompe di calore ed ecologia
Si discute sulle pompe di calore sul loro impatto sull'ambiente. Da un lato si tratta di dispositivi che consentono in larga misura l'utilizzo di energie rinnovabili. D'altra parte, il 25% dell'energia convenzionale utilizzata per alimentarli è elettricità.
In Polonia, viene prodotto principalmente in centrali elettriche a carbone con un'efficienza non superiore al 25-30% tenendo conto delle perdite di trasmissione. L'utilizzo delle pompe di calore aumenta quindi il consumo di energia elettrica, la cui produzione rappresenta un pesante onere ambientale.
La situazione è semplice nei paesi in cui l'elettricità è in gran parte generata da energie rinnovabili. Utilizzando lì le pompe di calore, utilizziamo energia verde e allo stesso tempo otteniamo calore dall'ambiente circostante la casa.
In Polonia, l'uso delle pompe di calore può essere considerato un miglioramento dell'efficienza del sistema energetico. Se l'industria energetica utilizza solo il 25% dell'energia contenuta nel combustibile, e nella pompa, consumando 1 kWh di elettricità, possiamo fornire circa 4 kWh di energia termica all'impianto, è come utilizzare il 100% dell'energia contenuta nel combustibile.
Certamente, l'utilizzo delle pompe di calore non sarà più controverso quando sarà possibile produrre (e vendere) elettricità nella propria abitazione, ad esempio utilizzando turbine eoliche o celle fotovoltaiche. Grazie a loro, parte dell'energia per l'azionamento del compressore sarà prodotta in modo ecologico.
A causa di questa controversia, è stato solo nel 2009 che le pompe di calore sono state elencate tra i dispositivi che utilizzano energia rinnovabile nella direttiva UE. Conoscendo il principio di funzionamento delle pompe di calore, non bisogna pensare alla loro classificazione, ma a come rendere la produzione di energia elettrica più efficiente ed ecologica.
Tipi di pompe e sorgenti di calore inferiori
In termini di costi di investimento, molto dipende dal tipo di pompa di calore. Attualmente disponiamo di un gran numero di soluzioni sul mercato. Le pompe di calore sono principalmente suddivise in base al tipo di fonte di calore con cui collaborano. I tre tipi più importanti sono dispositivi che utilizzano il calore accumulato nel terreno, acqua e aria.
POMPE DI CALORE TIPO ACQUA SALAMOIA. Sono dispositivi che traggono energia dal suolo. Per questo, i tubi in polietilene sono posti nel terreno in cui circola il fluido antigelo. Il materiale del tubo raccoglie calore dal terreno e lo trasferisce al fluido. La pompa di calore raffredda quindi la soluzione di glicole di 2-4 ° C e trasferisce il calore al sistema. Per quanto astratto possa sembrare, in inverno la pompa di calore estrae energia dal terreno, che spesso si trova a una temperatura intorno a 0 ° C o inferiore, e la cede all'acqua dell'impianto, che può arrivare fino a 55-60 ° C (ad esempio quando si carica uno scaldabagno). acqua).
L'impianto per l'ottenimento di calore dal terreno situato all'esterno dell'edificio è denominato fonte di calore inferiore. Può essere fatto in diversi modi; le più popolari sono le sonde geotermiche verticali e un collettore serpeggiante piatto.
Sonde verticali. Nei pozzi con una lunghezza di circa 100 m viene posto un tubo in polietilene a forma di U. Per l'edificio che stiamo considerando, sarebbe necessario realizzare 1 o 2 fori (a seconda della variante di casa e del tipo di terreno). Il vantaggio di questo tipo di sorgente inferiore è la possibilità di effettuare l'installazione anche su un piccolo appezzamento. Lo svantaggio delle sonde geotermiche verticali è il loro notevole costo; il prezzo medio di un pozzo da 1 metro è 100-120, quindi i nostri pozzi possono costare da 10.000 a 24.000 in totale Collettore piatto
. È una soluzione popolare e leggermente più economica che non richiede perforazioni profonde. I tubi sono posizionati sulla trama orizzontalmente, a una profondità ridotta. Lo svantaggio di un collettore piatto è, purtroppo, la necessità di creare un po 'di spazio. L'area richiesta dipende dalla potenza della pompa e dal tipo di terreno; nei terreni asciutti è addirittura 2-3 volte superiore a quelli coesivi umidi. Supponendo le condizioni medie per il nostro edificio, avremo bisogno di 200-400 m2 di spazio per un collettore piano. Tuttavia, il costo di tale installazione può essere quasi 2 volte inferiore rispetto ai pozzi verticali.
POMPE DI CALORE ACQUA-ACQUA. È una soluzione meno popolare in cui il calore viene raccolto non dal terreno, ma dalle acque sotterranee. Molto spesso, a questo scopo, vengono realizzati due pozzetti: assunzione e assorbimento (scarico). Quando la pompa di calore è in funzione, la pompa sommersa si avvia e fornisce acqua da un pozzo di prelievo. La pompa di calore lo raffredda di circa 2-4 ° C, dopodiché viene scaricato nel pozzetto di assorbimento.
Teoricamente, questa soluzione ha grandi vantaggi. Innanzitutto, la temperatura media dell'acqua in ingresso è superiore alla temperatura del suolo (8-10 ° C invece di 0-5 ° C). Questa differenza apparentemente piccola aumenta l'efficienza della pompa di calore da circa 3-4 a 5-5,5, quindi i costi operativi dell'installazione diminuiscono. Inoltre la realizzazione di un pozzo di aspirazione e assorbimento è spesso una soluzione poco costosa, paragonabile ai costi di realizzazione di un collettore piano. Questo, ovviamente, dipende dalle condizioni idrogeologiche del terreno.
Il principale svantaggio dell'utilizzo delle acque sotterranee come fonte di calore è il rischio di degrado o blocco delle prestazioni nel tempo.
In molte regioni della Polonia, la composizione chimica dell'acqua fa sì che dopo un anno, e talvolta anche diversi mesi di funzionamento, il pozzo di scarico perda la sua efficienza. Le pareti del pozzo diventano ricoperte di vegetazione e non è in grado di ricevere regolarmente acqua refrigerata. Il risultato è la mancanza di flusso d'acqua e l'arresto di emergenza della pompa o la comparsa di una sorgente sul nostro appezzamento quando il pozzo di scarico non è in grado di assorbire l'acqua.
Per questo motivo, è essenziale eseguire test delle proprietà dell'acqua prima di eseguire tale installazione per valutare il rischio di contaminazione dell'impianto.
Vale anche la pena controllare se ci sono installazioni simili nell'area e se il pozzo di scarico è ricoperto da vegetazione. A causa di questo fenomeno, questo tipo di sorgente di fondo non è popolare in Polonia.
POMPE DI CALORE ARIA-ACQUA . Come suggerisce il nome, l'aria che circonda l'edificio viene utilizzata come fonte di calore inferiore (in alcuni casi, possiamo anche utilizzare l'aria calda rimossa dall'edificio).
Quando la pompa di calore è in funzione, un grande ventilatore spinge l'aria attraverso lo scambiatore di calore. Dopo il raffreddamento, viene rimosso all'esterno. Il più grande vantaggio di questa soluzione è che non è necessario realizzare sonde di terra, un collettore piano o un pozzo di aspirazione e scarico. Il costo dell'investimento è quindi inferiore.
Tuttavia, non si può dire che il risparmio sia pari ai costi della sorgente di terra sotto forma di sonde o pozzi, perché a causa dello scambiatore di calore diverso, più costoso e più grande, la pompa di calore aria-acqua costa di più rispetto ai modelli acqua salina o acqua-acqua. Dopotutto, se usassimo una pompa di questo tipo nella nostra casa "ciclo", i costi di investimento potrebbero essere ridotti da 5.000 a 10.000.
Tuttavia, si dovrebbe tenere conto del fatto che la temperatura media della fonte di calore sotto forma di aria nella stagione di riscaldamento è molto inferiore alla temperatura del terreno o delle acque sotterranee. Di conseguenza, l'efficienza della pompa di calore in questo caso è inferiore, solo intorno a 2,8-3.
Sebbene alcuni modelli possano ottenere calore anche dall'aria con una temperatura di -20 o addirittura -25 ° C, di regola, per fornire la giusta quantità di calore all'edificio durante questo periodo, la pompa di calore deve essere supportata da un riscaldatore elettrico, che ovviamente riduce l'efficienza annuale dell'impianto. .
Tuttavia, le pompe di calore aria-acqua stanno diventando sempre più popolari. È interessante notare che questa soluzione è molto popolare in Svezia e Norvegia, vale a dire paesi con un clima rigido. In Polonia, le pompe di calore aria-acqua sono spesso utilizzate come fonte che supporta installazioni classiche, ad esempio con una caldaia a gas. In un tale sistema, la pompa di calore funziona quando i suoi costi di esercizio sono inferiori a una fonte di calore convenzionale. In questo modo si possono ridurre i costi annuali di esercizio dell'impianto, e la differenza può essere significativa, perché la riduzione del consumo di gas può modificare la tariffa, in base alla quale ci viene fatturata. Di conseguenza, i soli costi fissi diminuiranno di diversi centesimi all'anno.
Selezione delle pompe di calore per le singole varianti della casa La
corretta selezione della potenza della pompa di calore e della possibile fonte ausiliaria dovrebbe garantire il riscaldamento dell'edificio e la preparazione dell'acqua calda per tutta la stagione di riscaldamento, oltre a mantenere i parametri appropriati della fonte di calore.
Ad esempio, dal punto di vista dei costi di investimento, sarebbe possibile utilizzare una pompa di calore con una capacità di circa il 20% inferiore alle perdite di calore calcolate. Ciò significa che durante le forti gelate, la pompa di calore sarà supportata da una fonte di calore convenzionale (ad esempio un riscaldatore elettrico).
Teoricamente, in questo modo risparmiamo sull'acquisto di una pompa di calore e sulla realizzazione di una fonte di calore. Tuttavia, i costi operativi dell'installazione saranno leggermente superiori a causa della necessità di un uso periodico della resistenza elettrica.
Va inoltre ricordato che una pompa di calore di potenza inferiore al fabbisogno termico dell'edificio dovrà funzionare per un tempo molto lungo. Se supera le 2200-2400 ore all'anno, possiamo aspettarci che la temperatura della salamoia scenderà di anno in anno.
Lo stesso accadrà con l'efficienza della pompa di calore. Quindi, quando si cerca un risparmio nella fase di costruzione di una casa, si potrebbe effettivamente utilizzare una pompa di calore con una potenza leggermente inferiore, ma poi la fonte di calore inferiore dovrebbe essere sovradimensionata. Grazie a ciò, la temperatura della salamoia non scenderà rapidamente.
Per evitare una selezione errata, sommare la potenza necessaria per riscaldare l'edificio con la potenza necessaria per preparare l'acqua calda. 0,25 kW / persona per un basso consumo di acqua calda, 0,5 kW / persona per un consumo maggiore. Inoltre, alla fine vale la pena dividere il fabbisogno energetico totale per il riscaldamento dell'edificio e la preparazione dell'acqua calda per la potenza della pompa di calore per determinarne il tempo di funzionamento annuale. Non dovrebbe superare le 2000-2200 ore all'anno.
Selezioneremo le pompe di calore in modo che forniscano la giusta quantità di energia sia per il riscaldamento che per l'acqua calda. Dipenderà dalla variante della casa.
VARIANTE I. Per una casa "standard" con una dispersione termica di 9,9 kW, aggiungiamo la potenza necessaria per preparare l'acqua calda 4 × 0,25 kW, cioè 1 kW; in totale sarà 10,9 kW. Una pompa di calore con una capacità di 11-12 kW sarebbe l'ideale qui. Dato che la maggior parte dei produttori dispone di pompe di calore con una potenza di circa 10 kW e quindi immediatamente di 14 kW, assumiamo in definitiva una potenza di 10,5 kW.
I costi di acquisto e montaggio dell'impianto sono i seguenti: pompa di calore 10,5 kW - 38.500; sorgente inferiore (circa 200 m di pozzi) - circa 20.000-24.000; manodopera e piccole altre attrezzature - 3000-5000.
In totale ammonteranno a: 61.500-67.500
VARIANT II. In una casa ben isolata, la richiesta di calore per il riscaldamento dell'edificio è di circa 6,5 kW; con un'indennità per la preparazione dell'acqua calda, avremo bisogno di una potenza di 7,5-8 kW. Useremo un modello con una potenza di circa 8 kW.
I costi di investimento includono: pompa di calore con serbatoio dell'acqua calda integrato - 36.800; sorgente inferiore (circa 150 m di pozzi) - 15.000-18.000; manodopera e piccole altre attrezzature - 3000-5000.
In totale ammonteranno a: 54.800-61.800
VARIANTE III. Per una casa ben isolata con ventilazione meccanica, i costi totali di investimento sono: la più piccola pompa di calore disponibile con una potenza di circa 5,9 kW - 34.400; sorgente inferiore (circa 100 m di pozzi) - 10.000-12.000; manodopera e piccole altre attrezzature - 3000-5000.
In totale saranno: 47 400-51 400.
Nella tabella (vedi) abbiamo confrontato i costi di esercizio della pompa di calore per le singole varianti della nostra casa con i costi di esercizio della caldaia a condensazione, di cui abbiamo parlato nel numero di agosto; variavano da 2.375 a 5.434.
Mostra che i costi di esercizio delle pompe di calore sono molto più bassi, ma molte persone sono spaventate dagli alti costi di investimento di una tale soluzione. Inutile dire che quando si confrontano le pompe con le caldaie, il tempo di recupero della differenza nei costi di investimento è piuttosto lungo. Per questi motivi, nelle regioni dotate di gas naturale, sembra più razionale utilizzare una caldaia anziché una pompa di calore.
Tuttavia, nel caso di costosi vettori energetici, come il GPL o il gasolio da riscaldamento, vale la pena sostituire le caldaie con una pompa di calore. I costi operativi dell'installazione saranno parecchie volte inferiori.
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