Riscaldamento e raffreddamento con una pompa di calore - Parte 3

Pompe di calore geotermiche

Le pompe di calore geotermiche utilizzano la terra o l'acqua freatica come fonte di energia termica in modalità di riscaldamento e come dissipatore per respingere l'energia in modalità di raffreddamento. Questi tipi di sistemi contengono due componenti chiave:

• Scambiatore di calore geotermico: questo è lo scambiatore di calore utilizzato per aggiungere o rimuovere energia termica dalla terra o dal terreno. Sono possibili varie configurazioni dello scambiatore di calore, spiegate più avanti in questa sezione.
• Pompa di calore: invece dell'aria, le pompe di calore geotermiche utilizzano un fluido che scorre attraverso lo scambiatore di calore geotermico come sorgente (in riscaldamento) o come pozzo (in raffreddamento).
  Dal lato dell'edificio, sono possibili sia sistemi ad aria che idronici (ad acqua). Le temperature operative lato edificio sono molto importanti nelle applicazioni idroniche. Le pompe di calore funzionano in modo più efficiente quando riscaldano a temperature inferiori, inferiori a 45-50°C, rendendole una soluzione migliore per pavimenti radianti o sistemi a ventilconvettori. È necessario prestare attenzione se si considera il loro utilizzo con radiatori ad alta temperatura che richiedono temperature dell'acqua superiori a 60°C, poiché queste temperature generalmente superano i limiti della maggior parte delle pompe di calore residenziali.

A seconda di come interagiscono la pompa di calore e lo scambiatore di calore geotermico, sono possibili due diverse classificazioni del sistema:

• Circuito secondario: nello scambiatore di calore geotermico viene utilizzato un liquido (acqua di falda o antigelo). L'energia termica trasferita dal terreno al liquido viene fornita alla pompa di calore tramite uno scambiatore di calore.
• Espansione diretta (DX): un refrigerante viene utilizzato come fluido nello scambiatore di calore geotermico. L'energia termica estratta dal terreno dal refrigerante viene utilizzata direttamente dalla pompa di calore – non è necessario alcuno scambiatore di calore aggiuntivo.
  In questi sistemi, lo scambiatore di calore geotermico è una parte della pompa di calore stessa, fungendo da evaporatore in modalità riscaldamento e condensatore in modalità raffreddamento.

Le pompe di calore geotermiche possono soddisfare una serie di esigenze di comfort nella vostra casa, tra cui:

• Solo riscaldamento: La pompa di calore viene utilizzata solo in riscaldamento. Ciò può includere sia il riscaldamento degli ambienti che la produzione di acqua calda.
• Riscaldamento con “raffrescamento attivo”: La pompa di calore viene utilizzata sia in riscaldamento che in raffrescamento
• Riscaldamento con “raffreddamento passivo”: La pompa di calore viene utilizzata in riscaldamento e bypassata in raffrescamento. Nel raffreddamento, il fluido proveniente dall'edificio viene raffreddato direttamente nello scambiatore di calore geotermico.

Le operazioni di riscaldamento e “raffreddamento attivo” sono descritte nella sezione successiva.

Principali vantaggi dei sistemi a pompa di calore geotermici

Efficienza

In Canada, dove la temperatura dell’aria può scendere sotto i –30°C, i sistemi geotermici sono in grado di funzionare in modo più efficiente perché sfruttano temperature del suolo più calde e più stabili. Le temperature tipiche dell'acqua che entra nella pompa di calore geotermica sono generalmente superiori a 0°C, producendo un COP di circa 3 per la maggior parte dei sistemi durante i mesi invernali più freddi.

Risparmio energetico

I sistemi geotermici ridurranno sostanzialmente i costi di riscaldamento e raffreddamento. Il risparmio sui costi energetici di riscaldamento rispetto ai forni elettrici è di circa il 65%.

In media, un sistema geotermico ben progettato produrrà risparmi pari a circa il 10-20% in più rispetto a quelli forniti da una pompa di calore ad aria per climi freddi, di prima qualità, dimensionata per coprire la maggior parte del carico di riscaldamento dell'edificio. Ciò è dovuto al fatto che in inverno le temperature sotterranee sono più elevate di quelle dell'aria. Di conseguenza, una pompa di calore geotermica può fornire più calore nel corso dell’inverno rispetto a una pompa di calore geotermica.

Il risparmio energetico effettivo varierà a seconda del clima locale, dell'efficienza del sistema di riscaldamento esistente, dei costi del carburante e dell'elettricità, delle dimensioni della pompa di calore installata, della configurazione del pozzo e del bilancio energetico stagionale, e delle prestazioni di efficienza della pompa di calore presso CSA. condizioni di rating.

Come funziona un sistema geotermico?

Le pompe di calore geotermiche sono costituite da due parti principali: uno scambiatore di calore geotermico e una pompa di calore. A differenza delle pompe di calore ad aria, in cui uno scambiatore di calore è situato all'esterno, nei sistemi geotermici la pompa di calore si trova all'interno dell'abitazione.

I progetti degli scambiatori di calore geotermici possono essere classificati come:

• Circuito chiuso: i sistemi a circuito chiuso raccolgono il calore dal suolo mediante un circuito continuo di tubazioni interrate. Una soluzione antigelo (o refrigerante nel caso di un sistema DX geotermico), che è stata raffreddata dal sistema di refrigerazione della pompa di calore a diversi gradi più freddi rispetto al suolo esterno, circola attraverso le tubazioni e assorbe il calore dal suolo.
  Le disposizioni comuni delle tubazioni nei sistemi a circuito chiuso includono sistemi orizzontali, verticali, diagonali e a terra (stagni/laghi) (queste disposizioni sono discusse di seguito, nella sezione Considerazioni sulla progettazione).
• Circuito aperto: i sistemi aperti sfruttano il calore trattenuto in un corpo idrico sotterraneo. L'acqua viene aspirata attraverso un pozzo direttamente allo scambiatore di calore, dove viene estratto il calore. L'acqua viene quindi scaricata in un corpo idrico fuori terra, come un ruscello o uno stagno, oppure nuovamente nello stesso corpo idrico sotterraneo attraverso un pozzo separato.

La scelta del sistema di tubazioni esterne dipende dal clima, dalle condizioni del terreno, dal terreno disponibile, dai costi di installazione locali nel sito nonché dalle normative comunali e provinciali. Ad esempio, i sistemi a circuito aperto sono consentiti in Ontario, ma non sono consentiti in Quebec. Alcuni comuni hanno vietato i sistemi DX perché la fonte idrica comunale è la falda acquifera.

Il ciclo di riscaldamento

Nota:

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