Pompa di calore fai da te per il riscaldamento domestico

Una pompa di calore è una cosa interessante, ma costosa. Il costo approssimativo delle apparecchiature + dispositivi a circuito esterno va da $ 300 a $ 1000 per 1 kW di potenza. Conoscendo la "praticità" del popolo russo, è facile presumere che più di una pompa di calore fatta a mano funzioni nella vastità della nostra vasta e diversificata patria. Molto spesso, ci sono dispositivi fatti in casa che sono stati realizzati da "frigoriferi". E questo è comprensibile, perché la pompa di calore e il congelatore funzionano secondo lo stesso principio, è solo che il sistema delle centrali termiche è focalizzato sulla raccolta del calore, non sulla rimozione, e il compressore viene utilizzato con una potenza maggiore.

Leggi come funziona qui.

Quale può essere una fonte di calore per una pompa di calore

Il calore per il riscaldamento della stanza può essere prelevato dall'aria esterna. Ma qui sorgeranno inevitabilmente difficoltà di funzionamento: gli sbalzi di temperatura, anche medi giornalieri, sono troppo ampi, per non parlare del fatto che la pompa di calore mostra un'efficienza normale a temperature superiori a 0 ° C.E quante regioni abbiamo un quadro simile in inverno ? In primavera, e anche allora non presto, e non in tutto il territorio, e non sempre.

Qualsiasi ambiente può essere fonte di calore per la tua casa riscaldata a pompa di calore

Una fonte di calore situata nell'acqua sembra molto più accettabile. Se c'è un fiume, un lago o uno stagno di una profondità decente nelle vicinanze, è semplicemente fantastico: puoi semplicemente affogare la tubazione. È importante solo che i pescatori con gli asini non pescino lì.

Un'altra buona opzione è un pozzo, ma c'è la possibilità che il livello dell'acqua scenda e dovrai cercare un'altra fonte. Ma finora va tutto bene, funzionerà bene: la temperatura media dell'acqua negli orizzonti sotterranei è di 5-7 oC. Questo è più che sufficiente per il funzionamento della pompa di calore.

Potresti essere sorpreso, ma puoi anche usare il sistema fognario: le temperature sono più alte che nei pozzi. La condotta può essere collocata in un pozzo nero o in un pozzo, ma a condizione che sia sempre coperta d'acqua. E il tubo dovrà essere chimicamente resistente.

Un collettore interrato orizzontale è un compito estremamente laborioso: sarà necessario rimuovere il terreno da diverse centinaia di metri quadrati fino a una profondità inferiore al punto di congelamento. Si tratta di volumi molto grandi che non possono essere controllati da soli o anche con un assistente. E, come ha dimostrato la pratica, nelle nostre condizioni climatiche tali sistemi sono inefficaci: gli inverni sono troppo rigidi.

Con i collettori verticali, le cose non vanno meglio: difficilmente potrai fare a meno delle attrezzature di perforazione. Il numero e la profondità dei pozzi dipendono dal terreno: l'intervallo di possibile rimozione del calore da un metro di un pozzo è molto ampio. Da 25 W / m in pietrisco secco e terreno sabbioso, fino a 80-85 W / m in pietrisco umido e suoli sabbiosi o in granito. Di conseguenza, la differenza nella lunghezza dei pozzetti è 3 volte e più.

Ecco uno schema per il riscaldamento di una casa con una pompa di calore. Quando si utilizzano, come nell'esempio descritto, due pozzi e in assenza di circuito chiuso, la distanza tra i due pozzi deve essere di almeno 20 metri. E devi tenere conto della direzione del flusso in modo che l'acqua fredda dalla pompa non abbassi la temperatura nel pozzo "donatore"

Nell'esempio descritto di una pompa di calore artigianale, la fonte di calore è un pozzo con una buona portata d'acqua. L'acqua arriva così rapidamente da coprire il consumo per le necessità domestiche ed è sufficiente per trasferire la quantità di calore richiesta (è stata calcolata la portata d'acqua richiesta e la pompa è stata selezionata di conseguenza).Ma la fonte di calore per questa modifica può essere una qualsiasi di quelle descritte sopra, ad eccezione dell'aria. Dopo aver deciso la fonte di calore, sarà possibile realizzare una pompa di calore per il riscaldamento della casa.

Tipi di pompe di calore

Per capire chiaramente cos'è una pompa di calore, è necessario sapere qual è il portatore di calore per essa sui contorni della sua struttura all'esterno e all'interno della casa. Questi refrigeranti classificano questo dispositivo.

Tipi di pompe di calore

Il dispositivo riceve energia per il suo funzionamento dalle seguenti fonti:

• acqua. La sorgente può essere un corpo idrico, un approvvigionamento idrico centralizzato o un pozzo, ecc.;
• adescamento;
• aria.

All'interno, l'energia ottenuta con un tale dispositivo viene utilizzata non solo per il riscaldamento, ma anche per l'aria condizionata e per il riscaldamento dell'acqua. La combinazione di varie funzioni ed elementi utilizzati consente di suddividere le pompe di calore in diverse tipologie, che comprendono:

• acqua-acqua;
• aria-acqua;
• acqua sporca.

Acqua-aria

I sistemi più efficienti per il riscaldamento sono i sistemi acqua-acqua. Questa efficienza è dovuta al fatto che la temperatura dell'acqua utilizzata, situata a grandi profondità, è costante e presenta indicatori piuttosto elevati. Per ottenere energia da questo tipo di fonte possono utilizzare:

• pozzi e pozzi, con l'aiuto del quale viene pompata l'acqua sotterranea;
• corpi d'acqua aperti, che includono fiumi e laghi;
• acque reflue che sono state utilizzate nell'industria per la tecnologia.

Una pompa di calore che utilizza l'energia estratta da un serbatoio di tipo aperto richiederà il costo più basso. In questo caso, dovrai caricare i tubi con un refrigerante e abbassarli nell'acqua. Nel caso delle acque sotterranee, viene utilizzata una struttura più costosa, poiché la sua attuazione è già più difficile. Per scaricare l'acqua, devi costruire un pozzo. Quest'acqua passerà attraverso lo scambiatore di calore.

Circuito aria-acqua o aria

Una pompa di calore aria-acqua combina vantaggi e svantaggi. I vantaggi includono l'inutilità nello sviluppo di pozzi di grande profondità e il lavoro associato alla pulizia del suolo. Lo svantaggio di questi dispositivi è la sua bassa potenza nella stagione fredda, che influisce sulla sua efficienza più bassa tra gli altri modelli. Per utilizzare questo dispositivo, è necessario montare l'attrezzatura appropriata sul tetto della casa.

Pompa di calore ad aria

Il vantaggio di questo design può essere attribuito alla sua capacità di riutilizzare il calore in uscita dai locali, che riscalda la pompa di calore sotto forma di fumo, acqua o aria. In inverno sarà necessario un riscaldamento alternativo per eliminare la mancanza di calore.

Acqua sotterranea

Una pompa di calore di questo tipo è anche una fonte di energia molto efficiente per il riscaldamento. Ciò è dovuto al fatto che il calore che si ottiene dal terreno a 5 metri di profondità ha valori di temperatura costanti e non risente dei cambiamenti delle condizioni meteorologiche sulla superficie terrestre. Sul circuito esterno, il liquido di raffreddamento è una speciale composizione sicura chiamata salamoia, che è sicura dal punto di vista ambientale.

Il circuito esterno utilizzato per questo tipo di pompa di calore può essere di tipo orizzontale o verticale.

I tubi utilizzati per questo sistema devono essere di plastica. L'esecuzione orizzontale richiede una vasta area di terreno. Dopo che i tubi sono stati posati sotto terra, questo appezzamento di terreno non può essere utilizzato per esigenze agricole.

È consentito coltivare un prato o piante della stessa età. Per l'esecuzione verticale, sarà necessario sviluppare diversi pozzi, la cui profondità varia da 50 a 150 metri, poiché a tale profondità il terreno ha una temperatura stabile e alta. Un tale dispositivo è chiamato pompa geotermica.Per trasferire energia da tali profondità, vengono utilizzate sonde speciali.

Come funziona la pompa di calore

L'ambiente che ci circonda, a temperature superiori a un grado, ha una certa quantità di energia. Con l'aiuto di una pompa di calore, questa energia può essere utilizzata. Il suo principio di funzionamento si basa sul trasferimento di calore da una fonte a basso potenziale con energia termica a un vettore di calore, la cui temperatura è molto più alta.

Come funziona la pompa di calore

Questo è implementato come segue:

1. Il liquido di raffreddamento entra nella tubazione situata nel terreno. Si riscalda di pochi gradi.
2. Successivamente, il refrigerante passato nell'evaporatore trasferisce al circuito interno l'energia che è stata raccolta nell'evaporatore.
3. Il refrigerante si trova nel circuito esterno, che si trasforma in gas dopo il riscaldamento in uno scambiatore di calore.
4. Per aumentare la temperatura di questo refrigerante, entra nel compressore per la compressione ad alta pressione.
5. Il gas refrigerante già riscaldato entra nel condensatore, che a sua volta cede calore al refrigerante nel sistema di riscaldamento della stanza.
6. Dopo la fine del ciclo, il refrigerante che ha perso calore si trasforma in uno stato liquido e ritorna nella sua posizione originale.

Le unità di refrigerazione funzionano secondo un principio simile. Pertanto, pompe di calore può essere utilizzato per condensare l'aria quando fa caldo anni (sistemi split), a partire dal frigorifero.

Dall'esperienza di funzionamento di una pompa di calore fai da te

Come dimostrato dalla pratica, le prestazioni dell'opzione presentata sono basse: 2,6-2,8 kW. Non c'è bisogno di parlare dell'elevata efficienza di questa pompa di calore: su un'area di 60 m2 a -5 oC all'aperto, essa stessa mantiene + 17oC. Ma il sistema è stato considerato e installato sotto la caldaia: i radiatori, a una temperatura di ingresso di + 45oC, semplicemente non possono erogare di più. L'impianto in casa funzionava vecchio e il numero dei termosifoni non era aumentato, ma finora al freddo venivano riscaldati da una stufa.

Se alla struttura viene aggiunto uno scambiatore di calore rigenerativo, l'efficienza aumenterà del 10-15%. Dato che i costi sono bassi, puoi farlo. Avrai bisogno di due tubi di rame da 1,5 metri ciascuno. Uno con un diametro di 22 mm, il secondo - 10 mm. Un conduttore a 4 conduttori (lunghezza 3-4 metri, diametro 4 mm) viene avvolto su uno più sottile per aumentare l'area di scambio termico, le sue estremità sono saldate al tubo in modo che non si srotolino. Il tubo con filo avvolto viene inserito delicatamente nel tubo di diametro maggiore. Deve essere installato tra il compressore e l'evaporatore. La raffinatezza è insignificante, ma aumenta notevolmente l'efficienza. È vero, in determinate condizioni non è sicuro: il freon caldo può entrare nel compressore, il che porterà al suo guasto.

Miglioramento del circuito: è possibile aggiungere uno scambiatore di calore rigenerativo, che aumenterà la produttività di circa il 15-20%

La seconda opzione per aumentare l'efficienza, più sicura e non meno efficace, è quella di integrare uno scambiatore di calore aggiuntivo per il riscaldamento dell'acqua o del glicole.

Cosa cercare se decidi di realizzare la tua pompa di calore. Ci sono alcune cose che possono essere apprese solo dall'esperienza:

• Le correnti di avviamento di questa particolare installazione erano molto buone. Non c'erano sempre risorse di rete sufficienti per eseguire l'installazione. Pertanto, se si esegue un'installazione seria, è meglio prendere un compressore trifase e fornire rispettivamente un ingresso trifase. Sì, non economico, ma per un avvio stabile di un compressore monofase, è necessario uno stabilizzatore elettronico di potenza decente, che non può essere nemmeno definito economico.
• Una pompa di calore su un sistema di radiatori finito non fornirà una temperatura ambiente normale. Sono progettati per una diversa temperatura del liquido di raffreddamento, che queste installazioni, soprattutto quelle fatte in casa, sono estremamente raramente in grado di fornire.Pertanto, aggiornare il sistema (aggiungendo almeno lo stesso numero di sezioni del radiatore) o installare pavimenti ad acqua.
• Se ci sono tre anelli d'acqua in un pozzo, ciò non significa che abbia un grosso debito. Devi sapere quanta acqua è in grado di dare con la sua selezione costante.

Il principio di funzionamento della pompa di calore

La particolarità delle pompe di calore è che funzionano da fonti energetiche naturali. La pompa non necessita di diesel, elettricità o combustibili solidi per rilasciare energia termica.
La fonte di energia è l'acqua, l'atmosfera e il suolo. Le pompe non generano calore, ma lo trasferiscono semplicemente nell'edificio. Questo utilizza una piccola quantità di elettricità.

Per fornire calore a una casa, sono necessari solo una pompa di calore e una fonte di calore. Il principio di funzionamento del sistema assomiglia a quello di un frigorifero convenzionale, esattamente l'opposto. In questo caso il calore viene prelevato dall'esterno e trasferito all'abitazione.

Un punto importante: l'elemento principale in un sistema di riscaldamento alternativo è proprio la pompa di calore, pertanto la sua costruzione va affrontata con molta attenzione.
La pompa è composta dai seguenti elementi:

Caratteristiche della pompa di calore aria-aria:

• compressore, che è un elemento intermedio del sistema;
• evaporatore. In esso avviene il trasferimento di energia a basso potenziale;
• una valvola a farfalla attraverso la quale il refrigerante (freon) ritorna all'evaporatore;
• condensatore, dove viene raffreddato il freon e viene rilasciata energia termica.

La pompa funziona secondo un certo principio. Assomiglia a questo:

Il principio di funzionamento della pompa di calore. (Clicca per ingrandire)

1. Il calore di bassa qualità, che viene rilasciato da fonti di energia esterne, viene trasferito attraverso i tubi all'evaporatore, al primo elemento nel design della pompa. Il calore viene trasferito da portatori di calore in grado di resistere alle basse temperature e allo stesso tempo di non congelare.
2. Qui il calore viene trasferito al refrigerante, che viene fatto circolare in un circuito chiuso del sistema. Il freon è spesso usato come refrigerante.
3. Nel compressore, l'alta pressione agisce sul freon, che aumenta notevolmente la sua temperatura.
4. Nella fase successiva, il refrigerante entra nel condensatore, dove il calore viene trasferito al circuito del sistema di riscaldamento. Di conseguenza, il calore entra nella stanza e il freon, una volta raffreddato, ritorna allo stato liquido.
5. Attraverso la valvola riduttrice di pressione, il freon ritorna all'evaporatore, dove si ripete il processo.

Sulla base del principio di funzionamento della pompa, l'elettricità viene spesa solo per il funzionamento del compressore. Di conseguenza, questo rende la pompa di calore il modo più economico per trasferire il calore.

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Risultati

Indubbiamente, il costo di una pompa di calore da un condizionatore d'aria è molte volte inferiore rispetto alle opzioni di fabbrica già pronte, anche quelle prodotte in Cina. Ma ci sono molte sfumature qui: è necessario occuparsi della fonte e della quantità di calore fornito, calcolare correttamente la lunghezza degli scambiatori di calore (bobine), installare l'automazione, fornire potenza garantita, ecc. Ma se sei in grado di risolvere questi problemi, allora è senza dubbio vantaggioso. Lascia che ti diamo un consiglio: nel primo anno è molto desiderabile avere il riscaldamento di riserva, e test e prove, è meglio eseguire in estate, in modo che ci sia tempo per rivedere l'unità prima dell'inizio della stagione di riscaldamento.

Pro e contro delle pompe di calore

Ai vantaggi utilizzo di sistemi di riscaldamento basati sull'utilizzo di pompe di calore può essere attribuito il seguente:

• Redditività durante il funzionamento;
• Sicurezza ambientale degli impianti;
• Sicurezza antincendio degli impianti;
• Affidabilità operativa;
• Autonomia di lavoro.

Gli svantaggi includono:

• Alto prezzo;
• La complessità dell'intero complesso di opere;
• La necessità di riparazioni importanti dopo la scadenza della vita utile, associata a significativi investimenti in materiali.