Pompa di calore fai-da-te per il riscaldamento domestico

Sezioni dell’articolo

• Un po ‘di teoria
• Dove è meglio “togliere” il calore
• Diagramma schematico
• Produzione di evaporatori e condensatori
• Installazione del circuito

A differenza dei dispositivi a energia alternativa come pannelli solari e turbine eoliche, la pompa di calore è meno nota. E invano. Lo schema delle acque sotterranee più comune funziona stabilmente e non dipende dalle condizioni meteorologiche o climatiche. E puoi farcela da solo.

Un po ‘di teoria

È più facile usare il calore naturale della terra per riscaldare una casa se c’è acqua geotermica nella regione (come avviene in Islanda). Ma tali condizioni sono rare..

E allo stesso tempo, l’energia termica è ovunque – devi solo estrarla e farla funzionare. Questo è lo scopo della pompa di calore. Cosa fa:

• prende energia da fonti naturali a bassa temperatura;
• lo accumula, cioè aumenta la temperatura a valori elevati;
• lo dà al liquido di raffreddamento del sistema di riscaldamento.

In linea di principio, viene utilizzato un circuito frigorifero del compressore standard, ma “viceversa”. Un vettore di calore naturale circola nel primo circuito. È chiuso a uno scambiatore di calore che funge da evaporatore per il secondo circuito.

1 – terra; 2 – circolazione salamoia; 3 – pompa di circolazione; 4 – evaporatore; 5 – compressore; 6 – condensatore; 7 – sistema di riscaldamento; 8 – refrigerante; 9 – soffocare

Il secondo circuito è la pompa di calore stessa, all’interno della quale è presente il freon. Un ciclo della pompa di calore è costituito dai seguenti passaggi:

1. Nell’evaporatore, il freon viene riscaldato fino al punto di ebollizione. Dipende dal tipo di freon e dalla pressione in questa parte del sistema (di solito fino a 5 atmosfere).
2. Allo stato gassoso, il freon entra nel compressore e viene compresso a 25 atmosfere, mentre la sua temperatura aumenta (maggiore è la compressione, maggiore è la temperatura). Questa è la fase di accumulo di calore – da un grande volume a bassa temperatura, una transizione a un piccolo volume con una temperatura elevata.
3. Il gas riscaldato dalla pressione entra nel condensatore, in cui il calore viene trasferito al liquido di raffreddamento del sistema di riscaldamento.
4. Dopo il raffreddamento, il freon entra nell’acceleratore (è anche il regolatore di flusso o la valvola termostatica). In esso, la pressione cala, il freon si condensa e ritorna all’evaporatore sotto forma di liquido.

Dove è meglio “togliere” il calore

In linea di principio, esistono tre supporti da cui è possibile “rimuovere” il calore:

1. Aria. A pressione normale, tutti i tipi di freon bollono a temperature negative (ad esempio, R22 – circa -25 ° C, R404 e R502 – circa -30 ° C). Ma per la circolazione nel sistema, è necessario creare una pressione in eccesso già nella prima fase: l’evaporazione. Le stesse 4 atmosfere nell’evaporatore richiedono che la temperatura dell’aria esterna sia almeno 0 ° C per R22 e -5 ° C per R404 e R502. Nelle nostre regioni, questo tipo di pompa di calore può essere utilizzato per il riscaldamento in bassa stagione e per l’approvvigionamento di acqua calda nella stagione calda..

2. Acqua. Questa è una fonte di calore più stabile, a condizione che il serbatoio non si congeli sul fondo in inverno. Ma la casa non dovrebbe essere solo vicino a un lago o un fiume, ma essere in prima linea.

3. Terra. La fonte più stabile di energia termica. Puoi usare due schemi: orizzontale e verticale. L’orizzontale sembra più semplice perché non richiede perforazione. Ma una grande quantità di terra dovrà essere fatta per scavare un sistema di trincee a una profondità inferiore al livello di congelamento del suolo (per le medie latitudini varia da 1 metro nella parte occidentale della parte europea del paese e fino a 1,6-1,8 più vicino agli Urali, in Siberia la situazione è “anche peggio “Lo schema verticale è più versatile ed efficiente, ma richiede la perforazione a una profondità considerevole. Sebbene sia possibile utilizzare più pozzi poco profondi anziché uno profondo..

Diagramma schematico

Lo stesso circuito della pompa di calore è semplice: evaporatore – compressore – condensatore – strozzatore – evaporatore.

Il cuore del circuito è il compressore. Puoi acquistarne uno nuovo, ma è più economico trovarne uno usato. Naturalmente, non stiamo parlando di compressori a bassa potenza per frigoriferi domestici, ma di modelli installati in sistemi split. È necessario concentrarsi non sul consumo di energia, ma sull’energia in modalità riscaldamento (che è superiore del 5-20% rispetto alla modalità di raffreddamento).

Scegli un modello di compressore con un rapporto di 1 kW per 10 sq. metri di area riscaldata.

Attenzione! La potenza può essere indicata non solo in kW, ma anche in BTU (unità inglese di misurazione dell’energia termica, adottata per la tecnologia climatica). La conversione è semplice: dividi il valore BTU per 3,4.

Quando si calcolano i parametri di una pompa di calore, compresi gli scambiatori di calore, il software viene utilizzato per modellare, calcolare e ottimizzare i sistemi di raffreddamento, ad esempio CoolPack

Già nella fase di calcolo (o meglio, quando si specifica “input”), è possibile ottimizzare il sistema scegliendo le condizioni termiche ottimali.

L’uso di una pompa di calore è efficace per i sistemi di riscaldamento a bassa temperatura, ad esempio per il riscaldamento a pavimento con una temperatura non superiore a 35–40 ° C. A proposito, si consiglia la stessa temperatura per i requisiti medici per il sistema sanitario.

Per ogni tipo di freon ci sono temperature ottimali di “ingresso” e “uscita”, più precisamente, ebollizione e condensa, ma la differenza in tutti loro non è superiore a 45-50 ° C.

Sembrerebbe che un aumento della temperatura all’uscita della pompa di calore avrà un effetto positivo, ma non è così. Aumenterà anche la differenza di temperatura, che porterà a una diminuzione del COP (fattore di conversione o efficienza di un motore termico). Inoltre, ciò richiederà l’uso di un compressore più potente e un consumo di energia aggiuntivo..

Il COP ideale non può essere raggiunto (perdite nel compressore, consumo di energia, perdite di calore durante il trasporto all’interno del sistema, ecc.), Quindi i valori effettivi di solito si trovano nell’intervallo da 3 a 5.

C’è un altro modo per aumentare l’efficienza: l’uso di un circuito di riscaldamento bivalente.

In realtà, il funzionamento dell’impianto di riscaldamento a piena capacità è necessario solo per il 15-20% dell’intera stagione. Durante questo periodo, è possibile utilizzare ulteriori dispositivi di riscaldamento (ad esempio un riscaldatore o un convettore in ceramica). Riducendo fino all’80% la potenza termica di progetto si risparmia sul compressore, si riduce la profondità del pozzo o la lunghezza dei tubi orizzontali e si riduce il consumo di energia per la manutenzione della pompa di calore stessa.

Il design dello scambiatore di calore a terra orizzontale o verticale dipende dalla potenza nominale fornita della pompa di calore e dal COP. In media, 20 W vengono rimossi da ogni metro dell ‘”orizzonte” (con una fase di posa del tubo di almeno 0,7 m) e dalla “verticale” – 50 W. Ma i valori specifici dipendono dal tipo di roccia e dal suo contenuto di umidità. I migliori valori per le acque sotterranee.

Interessante! Esistono anche altri scambiatori di calore a terra: “spirale” o “cestino”. In realtà, si tratta di una sonda verticale costituita da un tubo a forma di spirale, che consente di ridurre la profondità di perforazione.

Dopo aver determinato la lunghezza del circuito orizzontale o la profondità della sonda verticale, calcolare le dimensioni dell’evaporatore e del condensatore.

Produzione di evaporatori e condensatori

È possibile acquistare scambiatori di calore già pronti sia per l’evaporatore (a bassa pressione) sia per il condensatore (a pressioni fino a 25 bar). Ma è più economico farli da un tubo di rame per condizionatori d’aria (che è progettato specificamente per funzionare con refrigeranti ad alta pressione) e contenitori improvvisati.

Importante! Il tubo di rame dell’impianto idraulico non è così pulito e flessibile. È peggio saldare e arrotolarlo durante l’installazione.

Viene calcolata la superficie dello scambiatore di calore, che è direttamente proporzionale alla potenza di rilascio del calore e inversamente proporzionale alla differenza di temperatura dei portatori di calore all’ingresso e all’uscita di ciascun circuito collegato (terra e sistema di riscaldamento).

Conoscendo il diametro del tubo e la superficie, determinare la lunghezza di ciascuna bobina per l’evaporatore e il condensatore.

È meglio creare un contenitore per un condensatore di acciaio inossidabile (la temperatura del vapore di freon in ingresso può essere piuttosto alta):

• prendere un serbatoio già pronto di capacità adeguata (in modo che si adatti una spirale da un tubo di rame);
• posizionare una bobina al suo interno (entrata in alto, uscita in basso);
• rimuovere le estremità del tubo di rame per il collegamento al compressore e alla valvola di espansione (mediante saldatura o flangia);
• realizzare un collegamento di adattatori nel serbatoio per il collegamento dei tubi del sistema di riscaldamento;
• saldare il coperchio.

L’evaporatore funziona a temperature più basse, quindi puoi prendere un contenitore di plastica più economico per esso, in cui gli adattatori vengono tagliati per collegarsi al circuito di terra. Si differenzia anche dal condensatore nella posizione della bobina dello scambiatore di calore – ingresso (fase liquida del freon dalla valvola di espansione) dal basso, uscita al compressore dall’alto.

Installazione del circuito

Dopo la fabbricazione degli scambiatori di calore, il circuito gas-idraulico viene assemblato:

• il compressore, il condensatore e l’evaporatore sono installati in posizione;
• i tubi di rame sono saldati o collegati a una flangia;
• collegare l’evaporatore alla pompa del circuito di terra;
• collegare il condensatore al sistema di riscaldamento.

1 – pompa di circolazione del circuito del suolo; 2 – evaporatore; 3 – uscita del profilo del suolo; 4 – valvola termostatica; 5 – compressore; 6 – all’impianto di riscaldamento; 7 – condensatore; 8 – ritorno del sistema di riscaldamento

Il circuito elettrico (compressore, pompa di terra, automazione di emergenza) deve essere collegato tramite un circuito dedicato, che deve resistere a correnti di avviamento abbastanza elevate.

È indispensabile utilizzare un interruttore automatico, nonché uno spegnimento di emergenza dall’interruttore di temperatura: all’uscita dell’acqua dal condensatore (con surriscaldamento) e all’uscita della salamoia dall’evaporatore (con raffreddamento eccessivo).

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