Come funzionano le pompe di calore

Quando pensi di raffreddare un edificio caldo, probabilmente non pensi alle pompe di calore. In effetti, le parole “condizionatore d’aria” sono probabilmente le prime cose che ti vengono in mente a meno che tu non sia stretto con i tuoi soldi. Allora potresti andare con i “ventilatori da finestra”. A quanto pare, una pompa di calore può sia riscaldare che raffreddare e, in alcune applicazioni, è preferibile separare i sistemi di riscaldamento e raffreddamento.

In poche parole, una pompa di calore è un dispositivo che utilizza una piccola quantità di energia per spostare il calore da un luogo a un altro. Non troppo difficile, vero? Le pompe di calore sono tipicamente utilizzate per estrarre calore dall’aria o dal terreno per riscaldare una casa o un edificio per uffici, ma possono essere invertite per raffreddare un edificio. In un certo senso, se sai come funziona un condizionatore, sai già molto su come funziona una pompa di calore. Questo perché le pompe di calore e i condizionatori funzionano in modo molto simile.

Uno dei maggiori vantaggi di una pompa di calore rispetto a un’unità di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC) standard è che non è necessario installare sistemi separati per riscaldare e raffreddare la casa. Le pompe di calore funzionano anche in modo estremamente efficiente, perché trasferiscono semplicemente il calore, anziché bruciare combustibile per crearlo. Questo li rende un po ‘più verdi di una fornace a gas . E non si limitano a riscaldare e raffreddare gli edifici. Se ti è mai piaciuta una vasca idromassaggio o una piscina riscaldata, probabilmente devi ringraziare una pompa di calore. Funzionano meglio in climi moderati, quindi se non provi calore e freddo estremi nel tuo collo dei boschi, usare una pompa di calore invece di un forno e un condizionatore d’aria potrebbe aiutarti a risparmiare un po ‘di soldi ogni mese.

Continua a leggere per dare un’occhiata alle viscere di una pompa di calore.

Trasferimento di calore e pompe di calore ad aria

Esistono molti tipi diversi di pompe di calore, ma funzionano tutte secondo lo stesso principio di base: il trasferimento di calore . Ciò significa che, anziché bruciare carburante per creare calore, il dispositivo sposta il calore da un luogo all’altro. C’è una chiave per realizzare tutto questo: il calore scorre naturalmente in discesa. Ciò significa che tende a spostarsi da un luogo con una temperatura elevata a un luogo con una temperatura inferiore. Abbastanza semplice. Ciò che fa una pompa di calore è utilizzare una piccola quantità di energia per invertire il processo, estrarre il calore da un’area a temperatura relativamente bassa e pomparlo in un’area a temperatura più elevata. Quindi il calore viene trasferito da una “fonte di calore”, come il suolo o l’aria, in un “dissipatore di calore”, come la tua casa.

Uno dei tipi più comuni di pompe di calore è la pompa di calore ad aria . Questa meraviglia della tecnologia moderna prende il calore dall’aria esterna alla tua casa e lo pompa all’interno attraverso serpentine piene di refrigerante, non troppo diverso da quello che c’è sul retro del tuo frigorifero. La varietà di sorgenti d’aria è piuttosto semplice e troverai due ventole, le bobine del frigorifero , una valvola di inversione e un compressore all’interno per farlo funzionare.

E dato che hai chiesto, ecco come funziona questo tipo di pompa di calore:

Questo contenuto non è compatibile con questo dispositivo.

Questo sistema è più comunemente noto come pompa di calore aria-aria, perché prende il calore dall’aria esterna e lo trasferisce ai condotti dell’aria interna. Con il giusto tipo di modifiche, i sistemi di alimentazione dell’aria possono funzionare anche con altri tipi di sistemi di riscaldamento per interni.

La chiave per far raffreddare anche la pompa di calore aria-aria è la valvola di inversione. Questa parte versatile inverte il flusso del refrigerante, in modo che il sistema inizi a funzionare nella direzione opposta. Quindi, invece di pompare calore all’interno della tua casa, la pompa di calore lo rilascia, proprio come fa il tuo condizionatore d’aria . Quando il refrigerante viene invertito, assorbe calore sul lato interno dell’unità e scorre verso l’esterno. È qui che il calore viene rilasciato, consentendo al refrigerante di raffreddarsi di nuovo e rifluire all’interno per raccogliere più calore. Questo processo si ripete finché non sei gentile e simpatico.

Pompe di calore ad aria, geotermica e ad assorbimento

Un controller per una pompa di calore geotermica standard.
Un controller per una pompa di calore geotermica standard.
© ISTOCKPHOTO.COM / ANTHONY BUCKINGHAM

Ormai, hai imparato che le pompe di calore ad aria utilizzano un ventilatore esterno per portare l’aria sulle serpentine riempite di refrigerante. Due serie di queste bobine trasferiscono questo calore all’interno, dove viene poi soffiato via dalle bobine da un secondo ventilatore e distribuito attraverso la tua casa come una bontà fresca. Alcuni sistemi a pompa di calore ad aria sono costituiti da una singola unità imballata contenente entrambi i set di batterie in una scatola. Questa scatola viene quindi installata sul tetto di un edificio con la canalizzazione che si estende attraverso il muro. Vedrai molti sistemi più grandi per edifici commerciali installati in questo modo. Le pompe di calore domestiche sono generalmente sistemi separati con un componente esterno e uno interno installati attraverso il muro. A seconda del tipo di sistema, possono esserci uno o più componenti interni per distribuire il calore.

Le pompe di calore geotermiche sono leggermente diverse. Assorbono il calore dal suolo o da un corpo idrico sotterraneo e lo trasferiscono all’interno o viceversa. Il tipo più comune di pompa di calore geotermica trasferisce il calore direttamente dal terreno assorbendolo attraverso tubazioni interrate riempite di acqua o refrigerante. Questi tubi di pompaggio del liquido possono essere a circuito chiuso o ad anello apertosistemi e funzionano più o meno esattamente come suonano. In un sistema a circuito chiuso, lo stesso refrigerante o acqua circola ripetutamente attraverso i tubi. In un sistema a circuito aperto, l’acqua viene pompata fuori dalla fonte d’acqua sotterranea, come un pozzo o un lago artificiale. Da lì, il calore viene estratto dall’acqua e quell’acqua ritorna al pozzo o al lago di superficie. Più acqua viene quindi pompata dal pozzo per estrarre più calore in un circuito aperto continuo.

Se ciò non ti lascia a bocca aperta , considera la pompa di calore ad assorbimento: pompe ad aria alimentate a gas naturale, energia solare , propano o acqua riscaldata geotermica, piuttosto che elettricità . Le pompe di assorbimento possono essere utilizzate per applicazioni su larga scala, ma ora sono disponibili per le case sul lato più grande. La differenza principale tra una pompa di calore standard ad aria e una pompa di assorbimento è che invece di comprimere un refrigerante, una pompa di assorbimento assorbe l’ammoniaca nell’acqua, quindi una pompa a bassa potenza la pressurizza. La fonte di calore quindi fa bollire l’ammoniaca fuori dall’acqua e il processo ricomincia da capo.

Quando vai a controllare una pompa di calore ad assorbimento, è utile sapere come viene valutata. I produttori li valutano utilizzando una misurazione chiamata coefficiente di prestazione (COP), che sembra piuttosto complicata. Tutto quello che devi sapere è cercare un COP superiore a 1,2 per il riscaldamento e superiore a 0,7 per il raffreddamento. E non preoccuparti, discuteremo più tardi le valutazioni per le pompe di calore standard.

Le pompe di calore ad aria, geotermiche e ad assorbimento sono i tipi più comuni di pompe di calore, ma non funzioneranno in ogni situazione. Continua a leggere per conoscere i tipi speciali di pompe di calore.

Altri tipi di pompe di calore

Se la tua casa non ha condotti d’aria per distribuire il calore, non temere. Potenzialmente potresti usare un tipo speciale di pompa di calore chiamata pompa di calore mini-split . La più carina di tutte le pompe di calore, collega un’unità di fonte d’aria esterna a più unità interne. Queste unità interne si collegano al riscaldamento dell’acqua o ai riscaldatori d’ambiente. Questi sistemi mini-split senza condotti sono utili per il retrofit di una casa con un sistema a pompa di calore perché le loro posizioni all’esterno e all’interno della casa sono flessibili. Un altro vantaggio è che l’installazione richiede solo un condotto da 3 pollici (7,6 centimetri) per passare attraverso il muro, il che è piuttosto discreto. Sono anche versatili. I gestori d’aria interni possono essere installati su pareti, soffitti o sul pavimento e sono piccoli per l’avvio.

E chi può dimenticare la pompa di calore del refrigeratore a ciclo inverso (RCC)? Invece di riscaldare e raffreddare l’aria, questo ragazzaccio riscalda e raffredda l’acqua e può funzionare in modo efficiente a temperature sotto lo zero. In un sistema RCC, la pompa di calore si collega a un serbatoio dell’acqua isolato che riscalda o raffredda. Quindi, una pompa del sistema di ventilazione e raffreddamento ha riscaldato o raffreddato l’aria lontano dal serbatoio e attraverso la canalizzazione verso una o più zone di riscaldamento. Un sistema RCC può anche pompare acqua calda attraverso un sistema di riscaldamento a pavimento radiante, quindi quando quei piedi nudi sono comodi su un pavimento tostato quest’inverno, puoi ringraziare il tuo RCC.

In una tipica pompa di calore ad aria, c’è la necessità di un bruciatore di riserva per fornire calore temporaneo quando il sistema passa alla retromarcia per sbrinare le batterie. Questo masterizzatore di backup impedisce al sistema di soffiare aria fredda attraverso i registri mentre le bobine si sbrinano, il che è fondamentale se il tuo obiettivo è rimanere al caldo. Qualcuno potrebbe dire che il sistema RCC è superiore in quanto utilizza l’acqua calda del serbatoio per sbrinare le bobine, quindi non è necessario alcun bruciatore di riserva. Ciò significa anche che il sistema non emette mai aria fredda quando non dovrebbe, e il risultato è che rimani al caldo.

Un nuovo tipo di pompa di calore promettente per climi estremi è la pompa di calore Cold Climate, che funziona in modo efficiente a temperature estremamente basse, anche al di sotto di 0 gradi Fahrenheit (-18 gradi Celsius). La pompa di calore Cold Climate rileva la quantità minima di energia necessaria per fornire il livello di riscaldamento o raffreddamento desiderato e regola la sua potenza verso l’alto o verso il basso, in modo da non sprecare mai energia. È un’alternativa estremamente ecologica, ma è ancora nelle prime fasi di implementazione a causa dei ritardi nei finanziamenti, che hanno rallentato la ricerca. Nel 2011, il Canada ha investito 4 milioni di dollari nello sviluppo di sistemi di riscaldamento a clima freddo.

La pompa di calore All-Climate è un altro nuovo tipo di pompa, che può funzionare a temperature fino a -30 gradi Fahrenheit (-34 gradi Celsius) e può aumentare l’efficienza fino al 60 percento rispetto a una pompa di calore standard [fonte: EERE ]. La pompa di calore All-Climate è progettata principalmente per il riscaldamento, tuttavia, e non funzionerà in modo efficiente nei climi in cui la pompa di calore sarebbe in modalità di raffreddamento per la maggior parte del tempo.

Anche le pompe di calore speciali hanno dei limiti. Continua a leggere per conoscere i pro ei contro delle pompe di calore e cosa devi sapere prima di acquistarne una.

Pro e contro delle pompe di calore

Il famoso Unity Temple dell'architetto Frank Lloyd Wright vicino a Chicago è stato rinnovato nel 2005 per includere sistemi di riscaldamento e raffreddamento geotermici eco-compatibili.
Il famoso Unity Temple dell’architetto Frank Lloyd Wright vicino a Chicago è stato rinnovato nel 2005 per includere sistemi di riscaldamento e raffreddamento geotermici eco-compatibili.
CHARLES REX ARBOGAST / AP IMAGES

Le pompe di calore possono aiutare i consumatori a risparmiare sulle utenze, ma hanno dei limiti. In primo luogo, tendono ad essere in qualche modo inefficaci in qualsiasi clima in cui la temperatura dell’aria esterna scende regolarmente vicino o sotto lo zero, sebbene gli innovatori stiano lavorando per migliorare questo aspetto. Questo perché lo spostamento del calore da un’area molto fredda a una più calda richiede più energia rispetto allo spostamento del calore tra due aree con una differenza di temperatura più moderata. C’è anche più calore disponibile all’esterno in un clima moderato che in un clima freddo. È importante notare che anche in un clima freddo, c’è ancora calore nell’aria esterna da pompare all’interno, ma l’unità deve lavorare di più per estrarre il calore disponibile.

Il calore prodotto dalle pompe di calore non è così intenso come il calore prodotto da una fornace a gas oa petrolio. Le persone che sono abituate ai forni tradizionali possono essere a disagio con il calore più mite prodotto da questi sistemi. Altre persone preferiscono il calore prodotto dalle pompe di calore, perché le pompe di calore distribuiscono il calore in modo uniforme in tutta la casa, il che significa che non ci sono punti freddi. Una pompa di calore si accenderà e spegnerà anche meno spesso di un forno a gas e la maggior parte dei sistemi ha eliminato il flusso di aria fredda attraverso le prese d’aria che si verificava quando il sistema commutava temporaneamente in retromarcia per sbrinare le bobine.

Prima di installare una pompa di calore, è necessario considerare quale tipo di riscaldamento supplementare o di riserva potrebbe essere necessario utilizzare quando la pompa di calore non può funzionare in modo efficiente. Molte pompe di calore utilizzano un riscaldamento elettrico supplementare, ma potresti anche utilizzare un qualche tipo di bruciatore a nafta o un forno a gas adattato. Qualunque sia il tipo di sistema di riscaldamento comune nella tua zona è probabilmente il metodo di backup più efficiente ed economico. Puoi sempre chiamare la tua società di servizi locali per informazioni.

Le pompe di calore geotermiche sono deumidificatori migliori rispetto ai normali condizionatori d’aria, perché questi sistemi hanno tipicamente una batteria di ritorno piatta più grande che condiziona e deumidifica più aria della batteria corrispondente in un sistema di condizionamento d’aria. Le pompe di calore ad aria hanno all’incirca le stesse capacità di deumidificazione dei sistemi di condizionamento. Se hai esigenze di umidificazione o deumidificazione, tienilo in considerazione.

Ora che conosci i pro e i contro delle pompe di calore, continua a leggere per sapere cosa cercare quando acquisti una pompa di calore.

Cosa cercare in una pompa di calore

Quando inizi ad acquistare una pompa di calore, ci sono alcune cose che devi cercare. Innanzitutto, i produttori valutano l’efficienza della maggior parte delle pompe di calore in due modi: classificazione SEER e HSFP. Classificazioni SEER e HSFP più elevate indicano un’unità più efficiente.

  • SEER sta per indice di efficienza energetica stagionale ed è un rapporto tra la quantità di energia (misurata in BTU) pompata all’esterno in modalità raffreddamento divisa per l’ elettricità utilizzata (in watt) per il raffreddamento. Cerca una valutazione SEER tra 14 e 18.
  • HSFP sta per fattore di prestazione stagionale del riscaldamento. Calcola il rapporto tra l’energia pompata all’interno per il riscaldamento rispetto all’energia utilizzata per il riscaldamento, ma è un’equazione più complicata del rating SEER perché tiene conto anche delle esigenze di riscaldamento supplementari e dell’energia utilizzata per sbrinare l’unità. Cerca una classificazione HSFP compresa tra 8 e 10.

Le pompe di calore spesso dispongono di opzioni che le rendono più efficienti. Questi includono:

  • Una batteria di desurriscaldatore che riscalda l’acqua riciclando il calore di scarto (o su un sistema RCC, un recuperatore di calore del refrigerante che utilizza anche la capacità extra della pompa per riscaldare l’acqua durante il clima invernale mite).
  • Compressori e motori a doppia modalità che risparmiano energia regolandoli verso l’alto o verso il basso in base al livello di riscaldamento o raffreddamento necessario.
  • Compressori scroll che sono più silenziosi, più efficienti e durano più a lungo dei compressori tradizionali.

Sebbene molte di queste caratteristiche possano essere trovate solo su pompe di calore più costose, compensano la spesa iniziale aiutando le pompe di calore a lavorare in modo più efficiente e risparmiare più energia per tutta la vita della pompa.

Quindi ora sai come acquistare una pompa di calore, ma ti farà davvero risparmiare denaro ?

Le pompe di calore vi fanno risparmiare denaro?

Il costo per installare e far funzionare diversi tipi di pompe di calore varia notevolmente. Le pompe di calore geotermiche sono più costose da installare rispetto alle pompe di calore ad aria, fino a tre volte di più, perché le pompe geotermiche richiedono di scavare fino a una fonte di calore e coinvolgono sistemi di trasferimento di calore più complessi. Ciò può diventare un po ‘costoso a seconda del terreno sulla tua proprietà. Aspettatevi di pagare da $ 5.000 a $ 7.500 per un sistema a pompa di calore geotermico. Le pompe di calore ad aria possono essere trovate a un prezzo molto più economico, in media da $ 1.500 a $ 4.000, perché le unità tendono ad essere più semplici e l’installazione è più facile.

Il costo necessario per far funzionare e riparare una pompa di calore varia a seconda del tipo di impianto. È meno costoso far funzionare una pompa di calore geotermica perché il terreno e l’acqua hanno una temperatura relativamente costante che consente alla pompa di calore di funzionare in modo efficiente. I sistemi geotermici hanno anche il vantaggio di non essere esposti alle intemperie esterne , il che previene un’elevata usura. Al rovescio della medaglia, possono essere costosi da riparare se è necessario accedere a una parte sotterranea del sistema. I sistemi di alimentazione dell’aria sono di facile accesso e manutenzione, ma potrebbero richiedere una manutenzione più regolare perché sono esposti agli elementi. Inoltre, le pompe di calore ad aria possono utilizzare più energia supplementare per funzionare, specialmente nei climi più freddi, e questo ti costerà di più sulla bolletta.

Le pompe di calore possono farti risparmiare tra il 30 e il 40 percento o più sulla bolletta, ma la negligenza ridurrà l’efficienza di una pompa di calore nel tempo [fonte: EERE ]. È importante tenere conto del clima in cui utilizzerai la pompa di calore per assicurarti di selezionare un sistema che possa funzionare in modo efficiente nella tua zona. Alla fine, le pompe di calore possono farti risparmiare un sacco di soldi sulle utenze se sei un buon candidato e installi il giusto tipo di pompa per la tua zona.

Continua a leggere per scoprire i costi di funzionamento e riparazione della tua nuova pompa di calore.

Manutenzione della pompa di calore

Se usi regolarmente la tua pompa di calore, dovresti cambiare il filtro circa una volta al mese. Probabilmente potresti farla franca cambiando il filtro solo una volta ogni tre mesi se esegui l’unità solo periodicamente. Mantieni i ventilatori e le bobine puliti e privi di detriti e fai ispezionare la pompa di calore da un professionista una volta all’anno o due.

Problemi comuni con le pompe di calore includono un flusso d’aria basso, condotti che perdono o rumorosi, problemi di temperatura, utilizzo di una carica di refrigerante errata, crepitii, cigolii e rumori di molatura. Se puoi, prova a isolare la posizione del problema. Il flusso d’aria esce solo da un registro o tutti i registri hanno un flusso d’aria basso? Il rumore fastidioso proviene dai condotti dell’aria o all’interno della stessa pompa di calore?

Ci sono alcune cose che puoi fare per identificare ed eventualmente risolvere un problema della pompa di calore prima di chiamare un aiuto professionale. Innanzitutto, se l’unità non funziona, prova a ripristinare il suo motore. Controllare il sistema di accensione della pompa per problemi e assicurarsi di non avere un interruttore di circuito scattato o un fusibile bruciato. Controlla il termostatoper assicurarti che funzioni correttamente. Cambia il filtro se è sporco e assicurati che non ci siano ostruzioni del flusso d’aria. Se i condotti dell’aria fanno rumore quando si espandono e si contraggono, potresti provare a mettere un’ammaccatura sul lato del condotto per rendere la superficie più rigida. I sonagli possono essere riparati fissando parti sciolte e se senti cigolii all’interno dell’unità, potresti dover sostituire o regolare la cinghia della ventola che collega il motore e la ventola. Un rumore stridente può indicare che i cuscinetti del motore sono usurati, il che richiederà l’aiuto di un professionista per ripararli.

Tieni presente che se non sei incline alla meccanica, probabilmente non dovresti tentare di fare questo tipo di lavoro di riparazione. E poiché le pompe di calore possono contenere materiali pericolosi, questo è un altro buon motivo per ottenere assistenza professionale. Una perdita chimica è una cattiva notizia e puoi facilmente ferirti maneggiando un dispositivo rotto.

Una pompa di calore dovrebbe durare tra i 10 ei 30 anni, con le unità geotermiche all’avanguardia nella longevità. Infatti, alcuni componenti delle pompe di calore geotermiche possono durare anche più a lungo. Tieni presente che la tecnologia potrebbe cambiare prima che la tua pompa di calore si esaurisca, quindi potresti scoprire che la tua pompa di calore dura più a lungo della capacità di un tecnico di ripararla. Le nuove tecnologie possono rendere le pompe di calore più sicure o più efficienti, quindi potresti voler tenere d’occhio i nuovi tipi di pompe di calore.

Per saperne di più sulle pompe di calore, controlla i link nella pagina successiva per molte più informazioni.

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