Riscaldamento e raffreddamento con una pompa di calore - Parte 2

Durante il ciclo di riscaldamento, il calore viene prelevato dall'aria esterna e “pompato” all'interno.

• Innanzitutto, il refrigerante liquido passa attraverso il dispositivo di espansione, trasformandosi in una miscela liquido/vapore a bassa pressione. Passa quindi alla batteria esterna, che funge da batteria evaporante. Il refrigerante liquido assorbe il calore dall'aria esterna e bolle, trasformandosi in vapore a bassa temperatura.
• Questo vapore passa attraverso la valvola di inversione fino all'accumulatore, che raccoglie l'eventuale liquido rimanente prima che il vapore entri nel compressore. Il vapore viene quindi compresso, riducendone il volume e provocandone il riscaldamento.
• Infine, la valvola di inversione invia il gas, che ora è caldo, alla batteria interna, che funge da condensatore. Il calore del gas caldo viene trasferito all'aria interna, provocando la condensazione del refrigerante in un liquido. Questo liquido ritorna al dispositivo di espansione e il ciclo si ripete. La serpentina interna si trova nella tubazione, vicino al forno.

La capacità della pompa di calore di trasferire calore dall'aria esterna all'abitazione dipende dalla temperatura esterna. Al diminuire di questa temperatura diminuisce anche la capacità della pompa di calore di assorbire calore. Per molte installazioni di pompe di calore ad aria, ciò significa che esiste una temperatura (chiamata punto di bilancio termico) in cui la capacità di riscaldamento della pompa di calore è uguale alla perdita di calore della casa. Al di sotto di questa temperatura ambiente esterna, la pompa di calore può fornire solo una parte del calore necessario per mantenere confortevole lo spazio abitativo ed è necessario calore supplementare.

È importante notare che la stragrande maggioranza delle pompe di calore ad aria hanno una temperatura operativa minima, al di sotto della quale non sono in grado di funzionare. Per i modelli più recenti, questo può variare da -15°C a -25°C. Al di sotto di questa temperatura è necessario utilizzare un sistema supplementare per fornire riscaldamento all'edificio.

Il ciclo di raffreddamento

Il ciclo sopra descritto viene invertito per rinfrescare la casa durante il periodo estivo. L'unità preleva il calore dall'aria interna e lo respinge all'esterno.

• Come nel ciclo di riscaldamento, il refrigerante liquido passa attraverso il dispositivo di espansione, trasformandosi in una miscela liquido/vapore a bassa pressione. Passa quindi alla batteria interna, che funge da evaporatore. Il refrigerante liquido assorbe il calore dall'aria interna e bolle, trasformandosi in vapore a bassa temperatura.
• Questo vapore passa attraverso la valvola di inversione all'accumulatore, che raccoglie l'eventuale liquido residuo, e quindi al compressore. Il vapore viene quindi compresso, riducendone il volume e provocandone il riscaldamento.
• Infine il gas, ormai caldo, passa attraverso la valvola di inversione alla serpentina esterna, che funge da condensatore. Il calore del gas caldo viene trasferito all'aria esterna, provocando la condensazione del refrigerante in un liquido. Questo liquido ritorna al dispositivo di espansione e il ciclo si ripete.

Durante il ciclo di raffreddamento, la pompa di calore deumidifica anche l'aria interna. L'umidità nell'aria che passa sopra la batteria interna si condensa sulla superficie della batteria e viene raccolta in una vaschetta sul fondo della batteria. Uno scarico della condensa collega questa vaschetta allo scarico domestico.

Il ciclo di scongelamento

Se la temperatura esterna scende vicino o sotto lo zero quando la pompa di calore funziona in modalità riscaldamento, l'umidità nell'aria che passa sopra la batteria esterna si condenserà e si congelerà su di essa. La quantità di brina dipende dalla temperatura esterna e dalla quantità di umidità presente nell'aria.

Questo accumulo di brina diminuisce l'efficienza della batteria riducendo la sua capacità di trasferire calore al refrigerante. Ad un certo punto, la brina deve essere rimossa. Per fare ciò, la pompa di calore passa alla modalità di sbrinamento. L'approccio più comune è:

• Innanzitutto la valvola di inversione commuta l'apparecchio in modalità di raffreddamento. Questo invia gas caldo alla bobina esterna per sciogliere il gelo. Allo stesso tempo il ventilatore esterno, che normalmente soffia aria fredda sulla batteria, viene spento per ridurre la quantità di calore necessaria per sciogliere la brina.
• Mentre ciò accade, la pompa di calore raffredda l'aria nelle condutture. Il sistema di riscaldamento normalmente riscalderebbe quest'aria poiché è distribuita in tutta la casa.

Per determinare quando l'unità entra in modalità sbrinamento viene utilizzato uno dei due metodi:

• I controlli antigelo su richiesta monitorano il flusso d'aria, la pressione del refrigerante, la temperatura dell'aria o della batteria e il differenziale di pressione nella batteria esterna per rilevare l'accumulo di brina.
• Lo sbrinamento tempo-temperatura viene avviato e terminato da un timer a intervalli preimpostato o da un sensore di temperatura situato sulla batteria esterna. Il ciclo può essere avviato ogni 30, 60 o 90 minuti, a seconda del clima e della progettazione del sistema.

Cicli di sbrinamento non necessari riducono le prestazioni stagionali della pompa di calore. Di conseguenza, il metodo di sbrinamento su richiesta è generalmente più efficiente poiché avvia il ciclo di sbrinamento solo quando è richiesto.

Fonti di calore supplementari

Poiché le pompe di calore ad aria hanno una temperatura operativa esterna minima (tra -15°C e -25°C) e una capacità di riscaldamento ridotta a temperature molto fredde, è importante considerare una fonte di riscaldamento supplementare per il funzionamento delle pompe di calore ad aria. Potrebbe essere necessario un riscaldamento supplementare anche durante lo sbrinamento della pompa di calore. Sono disponibili diverse opzioni:

• Tutto Elettrico: In questa configurazione, il funzionamento della pompa di calore è integrato da resistenze elettriche situate nella canalizzazione o da battiscopa elettrici. Questi elementi resistivi sono meno efficienti della pompa di calore, ma la loro capacità di fornire riscaldamento è indipendente dalla temperatura esterna.
• Sistema ibrido: in un sistema ibrido, la pompa di calore ad aria utilizza un sistema supplementare come un forno o una caldaia. Questa opzione può essere utilizzata in nuove installazioni ed è anche una buona opzione quando una pompa di calore viene aggiunta a un sistema esistente, ad esempio quando una pompa di calore viene installata in sostituzione di un condizionatore d'aria centralizzato.

Consultare la sezione finale di questo opuscolo, Apparecchiature correlate, per ulteriori informazioni sui sistemi che utilizzano fonti di riscaldamento supplementari. Qui è possibile trovare una discussione sulle opzioni su come programmare il sistema per la transizione dall'uso della pompa di calore all'uso della fonte di calore supplementare.

Considerazioni sull'efficienza energetica

Per facilitare la comprensione di questa sezione, fare riferimento alla sezione precedente chiamata Introduzione all'efficienza della pompa di calore per una spiegazione di cosa rappresentano HSPF e SEER.

In Canada, le normative sull’efficienza energetica prescrivono un’efficienza stagionale minima nel riscaldamento e nel raffreddamento che deve essere raggiunta affinché il prodotto possa essere venduto sul mercato canadese. Oltre a queste normative, la tua provincia o territorio potrebbe avere requisiti più rigorosi.

Di seguito sono riepilogate le prestazioni minime per il Canada nel suo complesso e gli intervalli tipici dei prodotti disponibili sul mercato per il riscaldamento e il raffreddamento. È importante verificare anche se nella propria regione sono in vigore normative aggiuntive prima di selezionare il sistema.

Raffreddamento delle prestazioni stagionali, SEER:

• VEGGENTE minimo (Canada): 14
• Gamma, SEER nei prodotti disponibili sul mercato: da 14 a 42

Prestazione stagionale di riscaldamento, HSPF

• HSPF minimo (Canada): 7,1 (per la regione V)
• Intervallo, HSPF nei prodotti disponibili sul mercato: da 7,1 a 13,2 (per la regione V)

Nota: i fattori HSPF sono forniti per la zona climatica AHRI V, che ha un clima simile a Ottawa. L'efficienza stagionale effettiva può variare a seconda della regione. Un nuovo standard prestazionale che mira a rappresentare meglio le prestazioni di questi sistemi nelle regioni canadesi è attualmente in fase di sviluppo.

I valori SEER o HSPF effettivi dipendono da una varietà di fattori principalmente legati alla progettazione della pompa di calore. Le prestazioni attuali si sono evolute in modo significativo negli ultimi 15 anni, guidate da nuovi sviluppi nella tecnologia dei compressori, nella progettazione degli scambiatori di calore e dal miglioramento del flusso e del controllo del refrigerante.

Pompe di calore a velocità singola e variabile

Di particolare importanza quando si considera l’efficienza è il ruolo dei nuovi modelli di compressori nel miglioramento delle prestazioni stagionali. Tipicamente, le unità che funzionano al minimo SEER e HSPF prescritto sono caratterizzate da pompe di calore a singola velocità. Sono ora disponibili pompe di calore ad aria a velocità variabile progettate per variare la capacità del sistema per soddisfare più fedelmente la domanda di riscaldamento/raffreddamento della casa in un dato momento. Ciò aiuta a mantenere sempre la massima efficienza, anche in condizioni più miti quando la domanda sul sistema è inferiore.

Più recentemente sono state introdotte sul mercato pompe di calore ad aria che si adattano meglio al funzionamento nel freddo clima canadese. Questi sistemi, spesso chiamati pompe di calore per climi freddi, combinano compressori a capacità variabile con design e controlli migliorati degli scambiatori di calore per massimizzare la capacità di riscaldamento a temperature dell'aria più fredde, pur mantenendo elevate efficienze durante le condizioni più miti. Questi tipi di sistemi hanno in genere valori SEER e HSPF più elevati, con alcuni sistemi che raggiungono SEER fino a 42 e HSPF che si avvicinano a 13.

Certificazione, standard e scale di valutazione

La Canadian Standards Association (CSA) attualmente verifica la sicurezza elettrica di tutte le pompe di calore. Uno standard di prestazione specifica i test e le condizioni di prova in cui vengono determinate le capacità e l'efficienza di riscaldamento e raffreddamento della pompa di calore. Gli standard di test delle prestazioni per le pompe di calore ad aria sono CSA C656, che (a partire dal 2014) è stato armonizzato con ANSI/AHRI 210/240-2008, Valutazione delle prestazioni delle apparecchiature di climatizzazione unitaria e pompe di calore ad aria. Sostituisce inoltre CAN/CSA-C273.3-M91, Performance Standard per condizionatori d'aria centrali e pompe di calore a sistema split.

Considerazioni sul dimensionamento

Per dimensionare adeguatamente il tuo sistema a pompa di calore, è importante comprendere le esigenze di riscaldamento e raffreddamento della tua casa. Si consiglia di incaricare un professionista del riscaldamento e del raffreddamento per eseguire i calcoli richiesti. I carichi di riscaldamento e raffreddamento devono essere determinati utilizzando un metodo di dimensionamento riconosciuto come CSA F280-12, "Determinazione della capacità richiesta degli apparecchi di riscaldamento e raffreddamento degli ambienti residenziali".

Il dimensionamento del sistema a pompa di calore deve essere effettuato in base al clima, ai carichi di riscaldamento e raffreddamento dell'edificio e agli obiettivi dell'installazione (ad esempio, massimizzazione del risparmio energetico per il riscaldamento rispetto alla sostituzione di un sistema esistente durante determinati periodi dell'anno). Per facilitare questo processo, NRCan ha sviluppato una guida al dimensionamento e alla selezione della pompa di calore ad aria. Questa guida, insieme a uno strumento software complementare, è destinata a consulenti energetici e progettisti meccanici ed è disponibile gratuitamente per fornire indicazioni sul dimensionamento appropriato.

Se la pompa di calore è sottodimensionata noterete che il sistema di riscaldamento supplementare verrà utilizzato con maggiore frequenza. Anche se un sistema sottodimensionato funzionerà comunque in modo efficiente, potresti non ottenere il risparmio energetico previsto a causa di un utilizzo elevato di un sistema di riscaldamento supplementare.

Allo stesso modo, se una pompa di calore è sovradimensionata, il risparmio energetico desiderato potrebbe non essere realizzato a causa del funzionamento inefficiente durante le condizioni più miti. Sebbene il sistema di riscaldamento supplementare funzioni meno frequentemente, in condizioni ambientali più calde la pompa di calore produce troppo calore e l'unità si accende e si spegne provocando disagio, usura della pompa di calore e consumo di energia elettrica in stand-by. È quindi importante avere una buona conoscenza del carico di riscaldamento e delle caratteristiche di funzionamento della pompa di calore per ottenere un risparmio energetico ottimale.

Altri criteri di selezione

Oltre al dimensionamento, è necessario considerare diversi fattori prestazionali aggiuntivi:

• HSPF: Seleziona un'unità con un HSPF quanto più alto possibile. Per le unità con valori nominali HSPF comparabili, controllare i valori nominali in stato stazionario a –8,3°C, il valore nominale a bassa temperatura. L'unità con il valore più alto sarà quella più efficiente nella maggior parte delle regioni del Canada.
• Sbrinamento: selezionare un'unità con controllo dello sbrinamento su richiesta. Ciò riduce al minimo i cicli di sbrinamento, riducendo così il consumo di energia supplementare e della pompa di calore.
• Valutazione del suono: il suono viene misurato in unità chiamate decibel (dB). Più basso è il valore, minore sarà la potenza sonora emessa dall'unità esterna. Più alto è il livello di decibel, più forte è il rumore. La maggior parte delle pompe di calore ha una rumorosità pari o inferiore a 76 dB.

Considerazioni sull'installazione

Le pompe di calore ad aria devono essere installate da un appaltatore qualificato. Consulta un professionista locale del riscaldamento e del raffreddamento per dimensionare, installare e manutenere le tue apparecchiature per garantire operazioni efficienti e affidabili. Se stai cercando di implementare una pompa di calore per sostituire o integrare il tuo forno centrale, dovresti essere consapevole che le pompe di calore generalmente funzionano con flussi d'aria più elevati rispetto ai sistemi a forno. A seconda delle dimensioni della nuova pompa di calore, potrebbero essere necessarie alcune modifiche alle condutture per evitare ulteriore rumore e consumo energetico della ventola. Il tuo consulente sarà in grado di darti indicazioni sul tuo caso specifico.

Il costo dell'installazione di una pompa di calore ad aria dipende dal tipo di sistema, dagli obiettivi di progettazione e da eventuali apparecchiature di riscaldamento e condutture esistenti nella vostra casa. In alcuni casi, potrebbero essere necessarie ulteriori modifiche alle condutture o ai servizi elettrici per supportare la nuova installazione della pompa di calore.

Considerazioni sul funzionamento

È necessario tenere presente alcune cose importanti quando si utilizza la pompa di calore:

• Ottimizza la pompa di calore e i setpoint del sistema supplementare. Se si dispone di un sistema elettrico supplementare (ad esempio, battiscopa o elementi di resistenza nel condotto), assicurarsi di utilizzare un setpoint di temperatura più basso per il sistema supplementare. Ciò contribuirà a massimizzare la quantità di riscaldamento fornita dalla pompa di calore alla tua casa, riducendo il consumo di energia e le bollette. Si consiglia un setpoint compreso tra 2°C e 3°C al di sotto del setpoint della temperatura di riscaldamento della pompa di calore. Consultare l'installatore per informazioni sul setpoint ottimale per il proprio sistema.
• Impostazione per uno sbrinamento efficiente. È possibile ridurre il consumo energetico configurando il sistema in modo che spenga la ventola interna durante i cicli di sbrinamento. Questa operazione può essere eseguita dal tuo installatore. Tuttavia, è importante notare che con questa configurazione lo sbrinamento potrebbe richiedere un po’ più tempo.
• Ridurre al minimo gli sbalzi di temperatura. Le pompe di calore hanno una risposta più lenta rispetto ai sistemi a fornace, quindi hanno più difficoltà a rispondere a profondi cali di temperatura. Dovrebbero essere adottati arresti moderati non superiori a 2°C oppure dovrebbe essere utilizzato un termostato “intelligente” che accenda il sistema in anticipo, in previsione del recupero dall’arresto. Ancora una volta, consulta il tuo installatore sulla temperatura di set-back ottimale per il tuo sistema.
• Ottimizza la direzione del flusso d'aria. Se disponi di un'unità interna montata a parete, valuta la possibilità di regolare la direzione del flusso d'aria per massimizzare il tuo comfort. La maggior parte dei produttori consiglia di dirigere il flusso d'aria verso il basso durante il riscaldamento e verso gli occupanti durante il raffreddamento.
• Ottimizza le impostazioni della ventola. Inoltre, assicurati di regolare le impostazioni della ventola per massimizzare il comfort. Per massimizzare il calore fornito dalla pompa di calore, si consiglia di impostare la velocità della ventola su alta o "Auto". In raffreddamento, per migliorare anche la deumidificazione, si consiglia la velocità della ventola 'bassa'.

Considerazioni sulla manutenzione

Una corretta manutenzione è fondamentale per garantire che la pompa di calore funzioni in modo efficiente, affidabile e abbia una lunga durata. Dovresti chiedere a un appaltatore qualificato di eseguire la manutenzione annuale della tua unità per garantire che tutto sia in buone condizioni.

Oltre alla manutenzione annuale, ci sono alcune semplici cose che puoi fare per garantire operazioni affidabili ed efficienti. Assicurati di cambiare o pulire il filtro dell'aria ogni 3 mesi, poiché i filtri intasati diminuiranno il flusso d'aria e ridurranno l'efficienza del tuo sistema. Inoltre, assicurati che le prese d'aria e i registri dell'aria nella tua casa non siano bloccati da mobili o moquette, poiché un flusso d'aria inadeguato da o verso l'unità può ridurre la durata delle apparecchiature e ridurre l'efficienza del sistema.

Costi operativi

Il risparmio energetico derivante dall’installazione di una pompa di calore può aiutare a ridurre le bollette energetiche mensili. Il raggiungimento di una riduzione delle bollette energetiche dipende in gran parte dal prezzo dell'elettricità rispetto ad altri combustibili come il gas naturale o l'olio da riscaldamento e, nelle applicazioni di retrofit, dal tipo di sistema da sostituire.

Le pompe di calore in generale hanno un costo maggiore rispetto ad altri sistemi come forni o battiscopa elettrici a causa del numero di componenti del sistema. In alcune regioni e casi, questo costo aggiuntivo può essere recuperato in un periodo di tempo relativamente breve attraverso il risparmio sui costi delle utenze. Tuttavia, in altre regioni, tariffe diverse possono estendere questo periodo. È importante collaborare con il tuo appaltatore o consulente energetico per ottenere una stima dell'economia delle pompe di calore nella tua zona e dei potenziali risparmi che puoi ottenere.

Aspettativa di vita e garanzie

Le pompe di calore ad aria hanno una durata compresa tra 15 e 20 anni. Il compressore è il componente critico del sistema.

La maggior parte delle pompe di calore sono coperte da una garanzia di un anno su parti e manodopera e da un'ulteriore garanzia da cinque a dieci anni sul compressore (solo per le parti). Tuttavia, le garanzie variano da produttore a produttore, quindi controlla le clausole scritte in piccolo.

Nota:

Alcuni articoli sono presi da Internet. In caso di violazione, contattaci per eliminarla. Se sei interessato ai prodotti a pompa di calore, non esitare a contattare l'azienda di pompe di calore OSB, siamo la scelta migliore.