Tipi di pompe di calore:cosa sono, come funzionano e qual è la migliore per te?
Un ambiente confortevole gioca un ruolo fondamentale nel modo in cui trascorriamo le nostre giornate e un modo per raggiungerlo è attraverso i condizionatori d'aria e le pompe di calore. Conosciamo tutti molto bene i condizionatori d'aria, ma la maggior parte delle persone non sa che un condizionatore d'aria è anche un tipo specifico di pompa di calore e ci sono molti altri sistemi che possono essere utilizzati per lo stesso scopo di riscaldare o raffreddare la tua casa.
Al giorno d'oggi, semplicemente non possiamo fare a meno di un adeguato riscaldamento e raffreddamento. È un requisito fondamentale pensare al controllo della temperatura quando si progettano edifici residenziali o commerciali. Sfortunatamente, questo ha uno svantaggio in quanto questi requisiti possono comportare un'enorme impronta energetica. Mentre alcuni condizionatori d'aria possono consumare energia, esistono varie forme di riscaldamento e raffreddamento che possono essere utili per creare una casa efficiente dal punto di vista energetico.
Diamo un'occhiata a quali sono questi altri tipi di pompe di calore, come funzionano e come puoi sceglierne una adatta alle tue esigenze.
Cosa sono le pompe di calore?
In poche parole, una pompa di calore è un dispositivo che viene utilizzato per trasferire il calore da un luogo all'altro. Può essere utilizzato sia per il riscaldamento che per il raffrescamento. Può prelevare calore dall'interno ed espellerlo all'esterno (raffreddamento), oppure può prelevare calore dall'esterno e iniettarlo all'interno (riscaldamento).
Ora, ci sono diversi modi attraverso i quali questa funzione può essere raggiunta; analizziamolo in dettaglio:
L'efficienza delle pompe di calore è molto più elevata rispetto ai riscaldatori a resistenza elettrica. Ma c'è un problema. Questa efficienza diminuisce quando il gradiente di temperatura o la differenza tra la temperatura esterna e quella interna inizia ad aumentare.
L'uso del termine "pompa di calore" può confondere la maggior parte delle persone nel pensare che questi dispositivi possano solo riscaldare uno spazio interno e non raffreddarlo. Ma, come abbiamo definito in precedenza, possono svolgere entrambi i lavori, spesso tramite un unico dispositivo. Ciò si ottiene attraverso l'uso di una "valvola di inversione" nel caso dei condizionatori d'aria. Attraverso questo meccanismo, le batterie del condensatore e dell'evaporatore possono essere scambiate, ovvero il condensatore può diventare l'evaporatore e l'evaporatore può diventare il condensatore, a seconda delle esigenze.
Come funzionano le pompe di calore?
Il modo in cui funziona una pompa di calore è spostando un fluido noto come refrigerante attraverso diversi componenti noti come evaporatore, condensatore, compressore e valvola di espansione. Il refrigerante è il mezzo principale attraverso il quale il calore viene rimosso o aggiunto nella stanza. Può assorbire il calore dal suo ambiente e raffreddarlo se combinato da altri componenti come evaporatori o condensatori. Nel prossimo ciclo vedremo come utilizzare una pompa di calore per raffreddare un ambiente. Lo stesso processo può essere invertito per ottenere una disposizione di riscaldamento.
Il refrigerante viene fatto passare attraverso una valvola di espansione, che converte il refrigerante precedentemente liquido in gas. Durante questa espansione, il refrigerante si raffredda. Viene quindi fatto passare attraverso una serie di serpentine nell'evaporatore, che vengono soffiate con un ventilatore. L'aria fresca viene così iniettata nella stanza e il calore viene assorbito dal refrigerante, che si trasforma in un gas caldo.
Viene quindi fatto passare attraverso il compressore, dove viene compresso e convertito in un gas ad alta pressione ad alta temperatura. Il refrigerante viene introdotto attraverso una rete di serpentine nel condensatore e soffiato da ventilatori per rimuovere il calore accumulato ed espellerlo nell'atmosfera esterna. Il refrigerante, che ora è un liquido a questo punto, viene rimesso in ciclo attraverso lo stesso processo per continuare a ricevere aria fredda.
Come funziona la pompa di calore in modalità raffreddamento?
Il refrigerante liquido viene pompato attraverso la serpentina interna (evaporatore) e l'aria dall'interno della stanza viene soffiata su di essa. Il refrigerante assorbe energia termica e l'aria fredda risultante viene respinta in casa. Il refrigerante evapora quindi sotto forma di gas.
Il refrigerante gassoso viene quindi inviato al compressore, che lo pressurizza. La pressurizzazione del refrigerante gassoso lo riscalda. Il refrigerante gassoso caldo viene quindi inviato alla batteria esterna (condensatore). Il ventilatore nell'unità esterna soffia aria esterna sulla batteria. Il refrigerante trasferisce il suo calore all'aria esterna perché l'aria esterna è più fredda del refrigerante. Quando il refrigerante si raffredda, condensa nuovamente in un liquido.
Il refrigerante liquido viene inviato alla valvola di espansione nell'unità interna, che ne riduce la pressione per raffreddarla ulteriormente. Il refrigerante liquido freddo è ora pronto per essere pompato di nuovo nella serpentina dell'evaporatore e il ciclo può ricominciare.
Come funziona una pompa di calore in modalità riscaldamento?
In modalità raffrescamento, non vi è alcuna differenza significativa tra un condizionatore d'aria e una pompa di calore. Tuttavia, in modalità riscaldamento, entra in gioco la caratteristica più distintiva della pompa di calore:la valvola di inversione. La valvola di inversione inverte il flusso del refrigerante in modo tale che la pompa di calore rilasci energia nell'abitazione. Pertanto, la batteria dell'unità esterna svolge il ruolo dell'evaporatore e la batteria dell'unità interna svolge la parte del condensatore.
Il processo generale rimane lo stesso. In primo luogo, il refrigerante liquido viene pompato attraverso la serpentina esterna (evaporatore) e l'aria esterna viene soffiata su di essa. Quindi, dopo che il refrigerante ha assorbito l'energia termica, l'aria fredda risultante viene espulsa all'esterno. Il refrigerante liquido evapora quindi in un gas.
Il refrigerante gassoso viene fatto passare attraverso il compressore, che lo pressurizza per riscaldarlo. Il refrigerante gassoso viene quindi inviato alla batteria interna (condensatore). La ventola interna soffia aria interna fredda sopra il refrigerante gassoso. Poiché l'aria interna è più fredda del refrigerante gassoso, il refrigerante perde calore nell'aria interna. L'aria calda risultante viene immessa in casa.
Nel frattempo, il refrigerante si condensa in un liquido e viene quindi pompato alla valvola di espansione, depressurizzandola per raffreddarla ulteriormente. Infine, il refrigerante liquido freddo viene pompato alla batteria esterna (evaporatore), in modo che il ciclo possa ricominciare.
1. Tipo di pompa di calore:pompe di calore aria-aria
Come evidente, le pompe di calore aria-aria funzionano utilizzando l'aria come dissipatore di calore e fonte di calore. Esempi comuni di tali sistemi sono i condizionatori d'aria residenziali e commerciali. Questi sistemi sono anche reversibili, il che significa che possono essere utilizzati sia per il riscaldamento che per il raffreddamento.
Le pompe di calore aria-aria sono sistemi di condizionamento dell'aria ad alta efficienza energetica, con un'installazione più economica e costi iniziali rispetto ad altri sistemi a pompa di calore. Possono fornire riscaldamento e raffrescamento sufficienti nelle zone climatiche e sono quindi adatti per l'uso in gran parte del paese.
C'è, tuttavia, uno svantaggio in queste pompe di calore. La loro efficienza diminuisce all'aumentare della differenza di temperatura tra la temperatura interna ed esterna. In condizioni di freddo estremo o di caldo estremo, le pompe di calore aria-aria possono incontrare qualche difficoltà nel funzionare come desiderato. In climi gelidi, questo può essere particolarmente un problema e ostacolare le operazioni di climatizzazione. Tuttavia, la funzione di protezione antigelo in alcune pompe di calore può aiutare in modo significativo a evitare il congelamento dei tubi in condizioni di freddo estremo a basso costo.
Esistono diversi tipi di pompe di calore aria-aria. Vediamo ciascuno di essi di seguito:
a) Pompa di calore mini-split (pompa di calore senza condotto)
Le pompe di calore mini-split stanno diventando sempre più popolari tra i consumatori residenziali e, in effetti, commerciali, grazie alla loro facilità di installazione, flessibilità ed efficienza energetica. In effetti, possono essere resi ancora più efficienti dal punto di vista energetico se abbinati a un controller AC intelligente. Questi tipi di pompe di calore non richiedono un'estesa rete di condotti o sfiati e sono adatti per retrofit in cui le strutture più vecchie devono essere dotate di un moderno sistema di climatizzazione.
Questi sistemi sono costituiti da due parti, un'unità interna e un'unità esterna. L'unità esterna ospita il condensatore, che espelle all'esterno il calore indesiderato, mentre l'unità interna immette aria fresca o calda nell'ambiente.
Un'unità esterna mini-split può essere utilizzata anche per alimentare più unità interne, dando origine a quelli che sono noti come mini-split multizona. Attraverso questo metodo, le singole unità possono essere controllate in modo indipendente in ciò che è noto come "zonizzazione".
Modalità antigelo (FP) nel controllo Cielo Breez Smart AC
La modalità Protezione antigelo è una caratteristica unica e innovativa per chi ha case in climi estremamente freddi. Con la protezione antigelo, puoi mantenere una temperatura confortevole nello spazio interno anche quando non è in uso.
Il condizionatore d'aria può funzionare a una modalità di riscaldamento a bassa potenza, assicurando che la stanza non diventi insopportabile e gelida. Questa modalità è l'ideale per quando non occupi lo spazio, ma non vuoi che si congeli o faccia molto freddo
b) Pompa di calore dell'aria di scarico
Una variante meno nota delle pompe di calore aria-aria sono le pompe di calore ad aria di scarico, che utilizzano l'aria di scarico da un processo separato e ne estraggono il calore. I requisiti per un tale tipo di pompa di calore sono che dovrebbe essere posizionata vicino a un sistema di scarico con flusso costante e temperature costanti.
2. Tipo di pompa di calore:Pompe di calore subacquee/sotterranee
Come discusso in precedenza, uno svantaggio delle pompe di calore aria-aria è la variazione di temperatura osservata nell'ambiente. Tra i diversi tipi di pompe di calore, le pompe di calore interrate o subacquee eliminano questo problema perché il terreno ha una temperatura quasi costante durante tutto l'anno. Quindi le pompe di calore sotterranee o subacquee forniscono aria calda o fredda efficiente tutto l'anno. Inoltre, l'efficienza della pompa di calore per questa tipologia è molto maggiore rispetto alle altre tipologie, a causa del loro basso consumo energetico.
a) Pompe di calore ad acqua
Le pompe di calore subacquee utilizzano una fonte d'acqua come mezzo di scambio termico. Ma un prerequisito è, ovviamente, che una fonte d'acqua si trovi nelle vicinanze. Queste pompe di calore possono funzionare anche come pompe di calore reversibili, assorbendo il calore dall'acqua per riscaldare l'ambiente interno e rilasciando anche il calore assorbito dall'interno al corpo idrico.
Ciò si ottiene attraverso una serie di bobine o anelli posti sotto il corpo idrico. Il refrigerante, in alcuni casi l'acqua stessa, viene pompato attraverso quelle serpentine e quindi convogliato all'interno della casa per fornire riscaldamento o raffreddamento.
Come accennato in precedenza, le temperature subacquee rimangono stabili durante tutto l'anno e le pompe di calore ad acqua possono essere utilizzate al meglio anche in climi estremi senza un calo delle prestazioni.
Anche se i sistemi subacquei non richiedono una preparazione approfondita scavando il terreno (come nel caso dei sistemi geotermici), inizialmente sono comunque costosi rispetto ai sistemi aria-aria.
Si può fare un'ulteriore distinzione nei sistemi subacquei, vale a dire sistemi ad anello aperto e ad anello chiuso. Un sistema a circuito chiuso contiene un refrigerante al suo interno, che viene costantemente riciclato attraverso la rete di tubazioni. Il refrigerante non ha bisogno di essere rifornito più e più volte. I sistemi a circuito aperto, invece, prelevano l'acqua dalla sorgente e la pompano all'interno della casa. Quest'acqua viene quindi espulsa di nuovo alla fonte d'acqua. La stessa quantità di acqua non viene pompata continuamente attraverso la rete. Le pompe di calore ad acqua sono quindi la scelta giusta per le case rurali vicino a specchi d'acqua.
b) Pompe di calore geotermiche
Conosciuti anche come pompe di calore geotermiche, questi sistemi utilizzano il calore del suolo invece dell'acqua per riscaldare o raffreddare uno spazio interno. Il suolo è anche una fonte di calore a temperatura quasi costante durante tutto l'anno e può dipendere dalle esigenze di riscaldamento e raffreddamento. Come per le pompe di calore subacquee, un refrigerante viene fatto passare attraverso serpentine e circuiti interrati. Questo refrigerante viene quindi pompato all'interno della casa, dove viene scambiato il calore.
In estate, ciò significa che il refrigerante trasporta refrigerante freddo all'interno della casa, dove assorbe il calore dallo spazio interno e si riscalda, mentre la casa si raffredda. Il contrario è vero durante gli inverni, quando il refrigerante espelle calore nella stanza mentre si raffredda da solo.
I tubi interrati possono essere posati in diverse configurazioni. Possono essere posizionati in anelli orizzontali sotto terra o possono essere perforati verticalmente a profondità maggiori nei tubi. Questi tubi a forma di U sono collegati nella parte inferiore, formando una rete interconnessa.
3. Tipo di pompa di calore:pompe di calore ibride
In climi molto freddi, una pompa di calore può avere problemi a causa dell'enorme differenza di temperatura tra la temperatura esterna e la temperatura interna desiderata. Ciò è particolarmente vero per i sistemi aria-aria, che possono smettere di funzionare a temperature prossime allo zero, rendendo necessario l'uso di forni, che rappresentano una spesa aggiuntiva.
Inoltre, anche se le pompe di calore geotermiche e subacquee possono funzionare a un intervallo di temperatura più ampio, sono migliori per il raffreddamento che per il riscaldamento.
Per combattere questo problema, puoi utilizzare le pompe di calore ibride. Questi sistemi sono una combinazione di due diversi tipi di pompe di calore, ciascuno adatto a diverse condizioni climatiche ed esigenze. Un esempio di tale disposizione è rappresentato dalle pompe di calore ad energia solare. Usano l'energia solare come fonte di energia per alimentare sistemi di riscaldamento aggiuntivi o possono essere utilizzati direttamente per fornire riscaldamento sfruttando l'energia solare.
In poche parole:quale tipo di pompa di calore è la migliore per te?
Qualunque sia il sistema che scegli tra i diversi tipi di pompe di calore, assicurati di avere un quadro completo della zona climatica in cui ti trovi, del tuo budget, delle tue esigenze e, naturalmente, della posizione della tua pompa di calore. Se stai ristrutturando un vecchio edificio esistente, saresti più adatto a scegliere una pompa di calore mini-split. Ma se vivi vicino a un grande specchio d'acqua in una zona rurale, vale la pena dare un'occhiata a una pompa di calore geotermica o subacquea.
A parte le preferenze personali e le limitazioni geografiche, è importante tenere d'occhio i costi di installazione e operativi. Come discusso in precedenza, un sistema geotermico sarà costoso da installare, ma i costi operativi possono essere estremamente bassi, rispetto a una pompa di calore senza condotto. Ma d'altra parte, un sistema senza condotto sarà molto più economico da acquistare e installare, con tempi di installazione minimi.
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