Riscaldamento della casa con aria condizionata: pompe di calore

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Le limitazioni nella scelta delle risorse energetiche non sono rare oggi, specialmente nelle aree di sviluppo “giovane”. Se non ci sono altre fonti di energia oltre all’elettricità nella struttura, i condizionatori d’aria non solo saranno un modo eccellente per raffreddare le abitazioni in estate, ma forniranno anche un riscaldamento di alta qualità ed economico nella stagione fredda..

Riscaldamento della casa con aria condizionata: pompe di calore

Classe di equipaggiamento adatta

Non tutti i condizionatori d’aria sono adatti per essere utilizzati come apparecchi di riscaldamento. Esiste un gruppo separato di tecnologia del clima chiamato pompe di calore. In breve, la differenza chiave tra tali apparecchiature è la capacità di invertire la direzione del refrigerante nei circuiti dell’evaporatore e del compressore. Pertanto, in modalità estiva, l’installazione rimuove il calore in eccesso dall’atmosfera della stanza e lo scarica all’esterno, mentre in inverno tutto accade secondo lo schema inverso.

Il principio di funzionamento della pompa di calore aria-aria Il principio di funzionamento della pompa di calore aria-aria in modalità invernale ed estiva

L’aria viene riscaldata da una pompa di calore non convertendo l’energia elettrica in calore (come nei più semplici condizionatori d’aria con funzione di riscaldamento), ma pompando calore da un mezzo all’altro. È da qui che deriva il nome dell’attrezzatura: anche con tempo gelido, l’aria contiene una certa quantità di calore, che può essere rimosso e diretto all’interno dell’edificio per mantenere un clima confortevole. Ma questo principio funziona solo in determinate condizioni, il limite principale è la differenza di temperatura tra la strada e la stanza, nonché i limiti di temperatura a cui il refrigerante di lavoro, il refrigerante, può evaporare e condensarsi..

Pompa di calore ad aria Pompa di calore ad aria

In base alla progettazione, le pompe di calore sono dispositivi piuttosto complessi. Da un lato, il pacchetto comprende una serie di dispositivi che forniscono la circolazione inversa del circuito di riscaldamento sotto il controllo dell’automazione. Questa è una valvola a quattro vie, una valvola di espansione appositamente progettata e un sistema più complesso di canali attraverso i quali circola il refrigerante. D’altra parte, una vera pompa di calore è necessariamente dotata di dispositivi che aiutano le unità principali della pompa a funzionare in condizioni estreme. Tutte le attrezzature ausiliarie nel linguaggio del marketing sono chiamate “kit invernali”, comprendono:

  • riscaldatore olio compressore;
  • radiatori dal design speciale, resistenti alla condensa e al congelamento;
  • dispositivi di recupero che forniscono flusso di ventilazione di scarico allo scambiatore di calore esterno;
  • sistema di iniezione del refrigerante riscaldato;
  • marchio speciale di refrigerante.

Ambito di applicazione

Il criterio di valutazione principale per le pompe di calore è il fattore di efficienza termica, altrimenti chiamato COP. Questo valore è in realtà abbastanza difficile da determinare, dipende sia dal grado di perfezione termodinamica – la reale efficienza della macchina, tenendo conto di tutte le catene di trasformazione, sia dalla potenza della fonte di energia a basso potenziale. Questi due fattori tendono a cambiare, principalmente in base all’attuale differenza di temperatura, vale a dire che la dinamica del cambiamento di COP in varie condizioni operative è di reale interesse. In altre parole, le prestazioni di un singolo modello di pompa di calore sono considerate in accordo con il regime termico dominante e non secondo il periodo di cinque giorni più freddo. I risparmi ottenuti dall’installazione durante il periodo di moderate differenze di temperatura dovrebbero coprire i costi di funzionamento della convezione e delle fonti radianti in presenza di forti gelate quando la pompa di calore non può funzionare..

Unità esterna a pompa di calore

Le pompe di calore non sono progettate solo per uso domestico. Fanno un ottimo lavoro di forte raffreddamento in spazi ristretti: congelatori o scomparti con computer. Nei paesi occidentali, la pratica di deviare una stanza sotterranea separata sotto una stanza del frigorifero si sta attivamente sviluppando, con il successivo trasferimento di calore all’esterno in estate o al flusso di ventilazione in inverno. Questi sono i cosiddetti sistemi bivalenti di fornitura di calore, un altro caso particolare è la fornitura di aria a uno scambiatore di calore esterno, passato attraverso uno scambiatore di calore a terra o un collettore solare a secco..

Problemi con la pompa di calore

I sistemi di riscaldamento basati su pompe di calore ad aria sono caratterizzati da un’elevata complessità progettuale: è necessario determinare non solo il volume sufficiente di afflusso di energia per reintegrare le perdite di calore, ma anche la modalità di funzionamento efficace, il numero e la posizione dei nodi del sistema di riscaldamento. Allo stesso tempo, il numero di unità e il costo delle apparecchiature coinvolte dovrebbero ovviamente essere minimi..

Pompa di calore ad aria

Di solito, il risultato di errori nel calcolo e nell’installazione dei sistemi di riscaldamento dell’aria è la comparsa di zone fredde nella stanza, nonché la condensa dell’umidità sui vetri che non ha una cortina termica. Le posizioni delle unità interne devono essere determinate in base ai diagrammi di distribuzione della temperatura e della portata forniti dal produttore per le modalità di riscaldamento standard. Questo compito è particolarmente difficile da svolgere, dato che l’introduzione di ogni nuova fonte di riscaldamento richiede diverse varianti:

  • installazione di un’unità esterna aggiuntiva;
  • posa della linea freon sul blocco esterno;
  • guarnizioni del canale dell’aria.

Condotto dell'aria

Per questo motivo, la configurazione finale del sistema di riscaldamento deve essere scelta una volta, spesso molto prima dell’inizio dell’arredamento della casa. Tutto a causa dell’idoneità estremamente bassa delle pompe di calore per l’ammodernamento e la mancanza di una significativa riserva di potenza. È estremamente importante essere in grado di determinare in quali casi è più conveniente e più redditizio utilizzare i dispositivi di riscaldamento tradizionali rispetto a un condizionatore d’aria a inverter. Ultimo ma non meno importante, dovresti pensare alla risorsa operativa della pompa di calore: il suo funzionamento più efficiente sarà a valori COP superiori a 2–2.3.

Varietà di configurazioni: sistemi split, monoblocchi, tetti

Nonostante tutto il suo imbarazzo, le pompe di calore hanno abbastanza configurazioni per scegliere il posizionamento più conveniente dell’attrezzatura. I sistemi multisplit devono il loro aspetto al desiderio di preservare l’aspetto degli edifici, oltre a fornire un livello superiore di organizzazione tecnologica. La differenza fondamentale tra tali sistemi è la presenza di uno splitter e di un dispositivo di controllo automatico della potenza in un intervallo sufficientemente elevato.

Unità interna della pompa di calore ad aria

Il passo successivo in questa direzione è stato fatto quando i sistemi VRF multizona sono entrati nel mercato e, in un caso particolare, i sistemi VRV. Nell’uso civile, tali sistemi sono destinati all’uso collettivo, consentono il collegamento simultaneo di diverse dozzine di unità interne a un’installazione su strada, mentre la lunghezza della linea di freon può raggiungere centinaia di metri e la differenza di altezza tra gli elementi del sistema può arrivare a 12 piani.

Pompa di calore VRV Pompa di calore VRV

L’unica limitazione rigorosa per le pompe di calore è la necessità di trovare un evaporatore esterno all’esterno, tutte le altre modifiche alla configurazione sono a discrezione del tecnico. Ciò ha permesso di agire nella direzione opposta, evitando l’uso di linee di freon o minimizzandone la lunghezza. Le pompe di calore compatte per il riscaldamento locale sono abbastanza economiche e non richiedono tubi di collegamento o condotti dell’aria. Gli inverter monoblocco integrati in una parete o una finestra, nonché i tetti, i cui blocchi sono situati su lati opposti del tetto si sovrappongono a una distanza minima, consentono di distribuire efficacemente il calore su tutta l’area utilizzabile il più uniformemente possibile.

Comunicazione ingegneristica

Ovviamente, i luoghi più adatti per installare fonti di calore nel caso di pompe di calore sono le pareti esterne e i piani superiori sotto un tetto piano o una soffitta fredda. Tuttavia, con una dimensione significativa dell’edificio, i suoi locali centrali rimangono senza riscaldamento attivo, il che non è sempre conveniente. Questo problema può essere risolto a causa del corretto instradamento delle linee di freon o dell’organizzazione del riscaldamento dell’aria, la fonte di calore in cui è una pompa di calore atmosferica.

Pompa di calore aria-aria

In quest’ultimo caso, è meglio posizionare l’unità esterna in un piccolo annesso tecnico, solitamente situato a livello del suolo, che semplifica il collegamento a uno scambiatore di calore a terra o sul tetto per il collegamento al campo del sistema solare. L’unità interna si trova all’interno dell’edificio, collegata all’esterno attraverso un passaggio nel muro di cinta. L’aria riscaldata viene trasportata ai consumatori attraverso un sistema chiuso di canali d’aria:

  • la pressione dell’aria costante viene mantenuta nel circuito di alimentazione, il cui volume del flusso per ciascun ramo è regolato da serrande del canale;
  • gli ingressi dei condotti di scarico sono posizionati in punti diametralmente opposti ai punti in cui è installata l’alimentazione calda, attraverso la quale l’aria ambiente parzialmente raffreddata viene raccolta e fornita all’unità esterna, fornendo così un ciclo di recupero.

La possibilità stessa di un controllo completo sulla ventilazione implica risparmi significativi. Allo stesso tempo, l’elevata complessità e il costo dei condotti dell’aria sono compensati dal costo relativamente basso dell’installazione: un’unità è sempre più economica di molte più piccole con uguale potenza totale.

Unità interna di una pompa di calore a pavimento

Quando un sistema a pompa di calore include anche unità interne con un sistema di tubazioni in rame, il costo delle comunicazioni aumenta, ma aumenta anche il comfort di utilizzo del sistema. Da un lato, è possibile posare cablaggi complessi di linee freon anche con un piccolo spessore di pareti divisorie e pavimenti. D’altra parte, a volte una soluzione più efficace è l’organizzazione di circuiti chiusi in cui circola il refrigerante, per un’ulteriore connessione parallela delle unità interne ad esse – questo è il motivo per cui sono progettati sistemi multi-zona..

Condizionatori d’aria canalizzabili

Una categoria separata di pompe di calore, che include i vantaggi del riscaldamento a recupero d’aria e l’efficienza del circuito dell’inverter, sono i condizionatori d’aria canalizzati. Il concetto di posizionamento nascosto delle unità interne non è nuovo in sé, ma le pompe di calore di questo tipo sono diventate disponibili per una vasta gamma di acquirenti relativamente di recente..

Pompa di calore nascosta

La differenza principale tra questa configurazione è la quasi totale silenziosità in presenza di unità interne che consentono di impostare la modalità di funzionamento del riscaldamento con elevata flessibilità e precisione. L’unica limitazione per l’installazione di pompe di calore a canale è rappresentata dalle strutture degli edifici, che devono contenere sia cavità sufficientemente ampie per la posa dei canali, sia un’impressionante nicchia per l’installazione del corpo dell’unità principale. Ma allo stesso tempo, le linee di freon possono essere posate in parallelo con i condotti dell’aria.

Condizionatore d'aria canalizzabile

L’unità interna di una pompa di calore a canale svolge la funzione non solo di riscaldare il flusso d’aria, ma anche di distribuirla ai singoli consumatori, filtrazione e preparazione. Può anche essere presente un circuito di recupero, ma di solito questo dispositivo è realizzato sotto forma di un attacco. Oltre alle ampie possibilità di controllo e configurazione, la posizione nascosta dell’unità interna può essere semplicemente conveniente e non influirà in alcun modo sull’interno della stanza..

Sommario

Le pompe di calore ad aria non devono ancora essere considerate la principale e unica fonte di riscaldamento, specialmente se durante il periodo di riscaldamento sono possibili cali di temperatura prolungati al di sotto di -5 …- 10 ° C. Esistono installazioni in grado di funzionare in condizioni di temperatura più estreme, ma rientrano in una categoria di prezzo molto più elevata con un periodo di rimborso più lungo.

Eppure, nell’intervallo di temperatura media, tali dispositivi dimostrano un’efficienza davvero elevata: per ricostituire la perdita di calore, hanno bisogno solo di un quarto del loro equivalente energetico. Con la vita utile di tali apparecchiature per oltre 20-30 anni, riesce a pagare da sé più volte, in modo che una transizione tempestiva ai moderni sistemi di riscaldamento ad alta efficienza energetica contribuirà a risparmiare in futuro, quando il prezzo dell’energia sarà significativamente più alto di oggi..

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