Pompa de caldura

Unitate exterioară a unei pompe de căldură aer sursă

Pompa de căldură (sau pompă de căldură), este o mașină termică capabilă să extragă și transferul energiei termice folosind diferite forme de energie , în general mecanică. ^[1]

Descriere

Exemple obișnuite de mașini de acest tip sunt:

frigider ;
aer conditionat ;
încălziți de compresie pompa de gaz ;
pompă de căldură cu absorbție;
pompă de căldură schimbare de fază;
căldură termoelectric pompă efect Peltier ;
pompă de căldură pentru schimbul geotermale ;
Vortex, de asemenea , numit tub vortex .

Trebuie remarcat faptul că , în cadrul domeniului de aplicare al dell „condiționare a aerului , pompa de căldură termen este în mod special în legătură cu un aparat de aer conditionat cu supapă reversibilă, care se schimbă direcția de parcurgere de fluid lichid de răcire și , astfel , permite atât pentru a face atât la căldură extras dintr - un cameră a unei clădiri .

Operațiune

Principiul de funcționare al unei pompe de căldură:

condensator,
supapă laminarii,
evaporator,
compresor.

Pompele de căldură muncă datorită unor principii diferite fizice, dar sunt clasificate în funcție de aplicarea lor (transfer de căldură, sursă de căldură, radiator sau mașină de refrigerare).

Compresorul unei pompe de căldură creează diferența de presiune care permite ciclul termodinamic să opereze: acesta absoarbe lichidul refrigerent prin intermediul " vaporizator , unde fluidul se evaporă la presiune scăzută de căldură absorbant, comprimă și îl împinge în interiorul condensatorului unde fluid condensează la presiune ridicată prin eliberarea căldura absorbită. După condensator, trecerile de fluid prin supapa de reglare a debitului pe care îl ia în starea lichidă / vaporilor (reduce presiunea fluidului), și , ulterior , se încadrează în vaporizator repornirea ciclului. Refrigerantul schimbări de fluid în interiorul stării cele două schimbătoare: acesta trece în evaporator din lichid în stare gazoasă, în condensatorul din gazos în lichid. ^[2]

Randament

Atunci când se compară performanța pompelor de căldură, se evită utilizarea termenului „ randament “, deoarece , prin definiție , este întotdeauna mai mică decât 1. Este preferabilă utilizarea termenului „randament“, care se exprimă prin coeficientul de performanță „COP“, relația dintre energia randamentului (căldura furnizată la sursa de interes) și energia consumată ( de obicei , electricitate, este necesar , de exemplu, de către compresorul), indicate de obicei în fizică tehnică ca coeficient de efect util . Un COP (coeficientul de performanță) valoarea 3 indică faptul că, pentru fiecare kWh de energie electrică consumată, se deplasează cu pompă de căldură se încălzește egală cu 3 kWh de la sau către sursa de interes. ^[1]

În funcție de efectul util de interes, este posibil să se definească un sistem de încălzire și un COP de răcire:

\mathrm {COP_{riscaldamento}} ={\frac {\Delta Q_{\mathrm {caldo} }}{\Delta A}}\leq {\frac {T_{\mathrm {calda} }}{T_{\mathrm {calda} }-T_{\mathrm {fredda} }}}={\frac {1}{\eta _{\mathrm {ciclo\ di\ Carnot} }}}

{\ Displaystyle \ mathrm {COP_ {încălzire}} = {\ frac {\ Delta Q _ {\ mathrm {hot}}} {\ delta A}} \ leq {\ frac {T _ {\ mathrm {hot}}} {T_ {\ mathrm {hot}} -T _ {\ mathrm {rece}}}} = {\ frac {1} {\ _ vârstă {\ mathrm {ciclul \ Carnot}}}}}

{\ Displaystyle \ mathrm {COP_ {încălzire}} = {\ frac {\ Delta Q _ {\ mathrm {hot}}} {\ delta A}} \ leq {\ frac {T _ {\ mathrm {hot}}} {T_ {\ mathrm {hot}} -T _ {\ mathrm {rece}}}} = {\ frac {1} {\ _ vârstă {\ mathrm {ciclul \ Carnot}}}}}

\mathrm {COP_{raffreddamento}} =EER={\frac {\Delta Q_{\mathrm {freddo} }}{\Delta A}}\leq {\frac {T_{\mathrm {fredda} }}{T_{\mathrm {calda} }-T_{\mathrm {fredda} }}}

{\ Displaystyle \ mathrm {COP_ {răcire}} = EER = {\ frac {\ Delta Q _ {\ mathrm {rece}}} {\ delta A}} \ leq {\ frac {T _ {\ mathrm {rece} }} {T _ {\ mathrm {fierbinte}} -T _ {\ mathrm {rece}}}}}

{\ Displaystyle \ mathrm {COP_ {răcire}} = EER = {\ frac {\ Delta Q _ {\ mathrm {rece}}} {\ delta A}} \ leq {\ frac {T _ {\ mathrm {rece} }} {T _ {\ mathrm {fierbinte}} -T _ {\ mathrm {rece}}}}}

unde este $Q_{\mathrm {freddo} }$ ${\ Displaystyle Q _ {\ mathrm {rece}}}$ ${\ Displaystyle Q _ {\ mathrm {rece}}}$ este cantitatea de căldură extrasă dintr-un rezervor rece la temperatura $T_{\mathrm {fredda} }$ ${\ T displaystyle _ {\ mathrm {rece}}}$ ${\ T displaystyle _ {\ mathrm {rece}}}$ Și $Q_{\mathrm {caldo} }$ ${\ Displaystyle Q _ {\ mathrm {hot}}}$ ${\ Displaystyle Q _ {\ mathrm {hot}}}$ este cantitatea de căldură distribuită într-un rezervor fierbinte la temperatura $T_{\mathrm {calda} }$ ${\ T displaystyle _ {\ mathrm {hot}}}$ ${\ T displaystyle _ {\ mathrm {hot}}}$ .

În etapa de răcire furnizarea unei pompe de căldură este descrisă de "EER" ( Energie Ratio Efficiency ); pompa de căldură este de obicei mai eficient în încălzire decât în răcire, deoarece aparatul se disipează întotdeauna o parte din energia termică, căldura care poate fi folosită pentru încălzire. In cazul ideal al Carnot lui mașină în sens invers ( de lucru este furnizată și se obține căldură), între surse , respectiv , la 0 ° C și 20 ° C, COP este egal cu raportul 01:15 15 (între lucrările rezistențe electrice și căldura obținută). Mașini similare sunt eficiente, dar costul lor de plante este mare.

Într-un caz real, cu un climat blând, o pompă de căldură are un COP variind între 3 și 4 (în medie, la 10 ° C se ajunge la 3,3, în timp ce la -8.3 ° C este de aproximativ 2,3). ^[3] Un încălzitor electric clasic are un COP teoretic egal cu 1. Cu alte cuvinte, 1 joule de energie electrică dată încălzitorului dă căldură egală cu 1 J, în timp dat la o pompă de căldură se deplasează mai mult de 1 J de energie termică dintr - un loc rece la unul cald.

Pentru căldură pe bază de aer pompe COP este limitată atunci când se operează în zonele cu climă foarte rece, în cazul în care există mai puțină căldură care urmează să fie transferată într-o clădire. De obicei COP scade dramatic când temperatura aerului scade sub -5 ° C / -10 ° C ^[4] Atunci când cumpărați o pompă de căldură, este important să se acorde o atenție la COP, COP la care astfel de interval de temperatură se referă la costul de instalare a pompei, la cât de mult de căldură poate fi transferat, zgomotul generat.

COP al unei pompe de căldură care utilizează subsolul (de obicei apa subterană) este mai mare decât cea a pompei care utilizează aerul, deoarece solul are o temperatură relativ constantă pe parcursul anului; pe de altă parte, instalarea sa este mai dificilă și costisitoare. ^[5]

Aplicațiile tipice de pompe de căldură pentru a încălzi bazine de înot și apă pentru uz casnic.

Pompă de căldură aer-sursă pentru aer condiționat

Un evaporator instalat pe un perete .

Există două tipuri de pompe de căldură aer-sursă; cel mai comun este faptul că-aer-aer, care extrage căldura din aer și se revarsă în interiorul sau în exteriorul unei clădiri, în funcție de sezon ; urmează apoi că aer la- apă , care este utilizat în medii cu distribuție a apei de căldură (această a doua soluție este , totuși , mai rar). ^[6]

Pompele de căldură aer pot fi:

proiectat să lucreze în combinație cu o sursă suplimentară de încălzire, cum ar fi un boiler electric, gaz , un combustibil diesel ;
deja echipate cu o rezistență electrică ca un încălzitor suplimentar;
bivalentă, în cazul în care acestea sunt echipate cu un sistem de încălzire propan pentru a ridica temperatura la intrarea aerului din exterior.

Faza de încălzire

Căldura este preluată din aerul exterior și a adus în interiorul clădirii.

Agentul frigorific trece prin supapa de reglare a debitului și devine un amestec lichid-vapori la presiune joasă. Apoi, acesta intră în evaporator, exterior amplasat, unde absoarbe căldura până când devine vapori la o temperatură scăzută;
Vaporii trece prin acumulator, unde este de asemenea colectată orice lichid rămasă. Acesta este apoi comprimat, rezultând într-o creștere a temperaturii;
Aburul fierbinte ajunge la condensator, care este radiatorul amplasat în interiorul clădirii (aproape orice cazan) și modifică faza de eliberare a căldurii de lichefiere. Lichidul obținut se întoarce la ventilul de laminare și ciclul se repetă.

La temperatura de echilibru în afara capacității de încălzire a pompei atrage pierderile de căldură ale clădirii, în timp ce sub este necesară aportul unui cazan tradițional. Este subliniat faptul că pompa de căldură produce aer în cantități mari (50-60 L / s per kW ) la temperaturi cuprinse între 25 ° C și 45 ° C, care tind să funcționeze pe perioade mai lungi decât un cazan obișnuit, care eliberează aer între 55 ° C și 60 ° C ^[1]

Faza de răcire

În timpul verii, ciclul descris mai sus este inversată, în scopul de a schimba direcția fluxului de căldură: se evaporă lichidul de răcire din radiator intern și condensează în radiator extern.

Degivrarea faza

Când radiatorul extern funcționează ca un evaporator, suprafața sa este la o temperatură scăzută când aerul exterior este rece prea (faza de încălzire în sezonul de iarnă). Aceasta implică formarea de gheață pe ea, datorită prezenței umidității în aerul exterior, și în consecință o reducere a eficienței schimbului de căldură (gheata este izolant). Pentru a topi stratul de gheață, supapa reversibilă inversează ciclul și ventilatorul vaporizatorului extern se oprește, în scopul de a reduce energia termică necesară pentru dezghețarea. Evident, în timp ce mașina se află în această fază, radiatorul intern răcește aerul în clădire și, prin urmare, este necesar să-l încălzească înainte de punerea în circulație.

Există două moduri de a determina când să dezgheța:

cu un senzor extern de temperatură și un temporizator care inversează ciclul la intervale de timp predeterminate;
cu un sistem de control mai rafinat, care monitorizează debitul de aer, presiunea agentului frigorific, temperatura aerului.

A doua metodă, deși mai scumpe, este de preferat deoarece evită dezghetarea inutilă și, prin urmare, îmbunătățește performanța sezonieră a mașinii.

Dimensionare

Chiar dacă pompa de căldură poate furniza toată căldura necesară pentru o clădire, nu este convenabil atunci când sarcinile de încălzire sunt mult mai mari decât cele pentru racire:. Pompa, dimensionată pentru sezonul de iarnă, ar funcționa intermitent în timpul verii, cu COP mai mic și o capacitate de dezumidificare mai mici.

Un bun compromis între mijloacele de cost și de performanță sezonieră ce livrările de pompe de căldură nu mai mult de 125% din sarcina de vară și nu mai mult de 90% din sarcina de iarnă. Procedând astfel, temperatura de echilibru (cea la care pompa furnizează toate și numai căldura care disipează construcție) este între 0 ° C și -5 ° C ^[7]

Pompă de căldură geotermală pentru aerul condiționat

Același subiect în detaliu: pompă de căldură geotermală .

Pompa de căldură geotermică utilizează solul sau apa care este situată în sol ca sursă sau ca un radiator de căldură. Transportul energiei termice se realizează prin aceeași apă sau cu ajutorul unui lichid antigel, cu excepția expansiune directă pompe de căldură, în care un fluid refrigerant este utilizat care circulă în schimbătorul plasat în sol.

Spre deosebire de pompe de căldură aer sursă, cele geotermale poate funcționa, de asemenea, în modul de răcire în modul pasiv: extrag căldura din clădire prin pomparea apei reci sau antigel în sistem, fără acțiunea pompei de căldură reală.

Sistemul de conducte care trece prin sol poate fi deschis sau închis. In sistemul deschis, apa este extras dintr - un subteran acvifer , adus la schimbătorul de căldură și apoi descărcat într - un curs de apă, înapoi în același acvifer sau într - un bazin special construit (și care permite refiltrare spre sol). În sistemul închis, căldura este interceptat de la sol, prin intermediul unei conducte subterane continuu, cu un interior fluid refrigerent (pentru expansiune directă pompe) sau antigel lichid păstrat la o temperatură joasă și presiune. ^[8]

Ciclul de încălzire

În pompele de căldură directă de expansiune, refrigerant colecteaza fluid căldura din subsolul și apoi intră direct compresorul. În pompele de căldură care apa utilizarea sau un lichid antigel, există un transfer intermediar de căldură (din lichidele menționate mai sus la fluidul refrigerant) într-un prim schimbător de căldură.

Apoi, ciclul continuă ca și în pompe de căldură aer.

Ciclul de răcire

Pompe Spre deosebire de căldură aer sursă, dezghetarea nu este necesară, deoarece temperatura în subsol este mult mai stabilă, iar compresorul este situat în interiorul clădirii.

Randament

pompe de căldură geotermal care funcționează cu apă subterană sau sistem deschis au o variabilă COP 3.6-5.2 și un EER între 3,4 și 5,0; cele cu circuit închis au un COP între 3,1 și 4,9, în timp ce EER între 2,9 și 4,5. ^[1]

Dimensionare

Ca și în cazul pompelor de căldură aer, nu este convenabil la dimensiunea pompei geotermale pentru a satisface toate cerințele de energie termică a unei clădiri; ar trebui să fie dimensionate pentru 60-70% din sarcina maximă (suma energiei termice pentru încălzirea întregii clădiri și apă caldă cerute de utilizatori), lăsând cereri ocazionale la un sistem suplimentar. Procedând astfel, pompa furnizează 95% din energia termică totală utilizată.

Nevoia de apă freatică pentru o pompă de 10 kW este între 0,45 L / s și 0,75 L / s.

Sistem buclă închisă

Atunci când spațiile sunt limitate, conductele sunt plasate vertical, în găurile 150 mm (mai înguste, în schimb pentru sistemul de expansiune directă), la o adâncime cuprinsă între 18 și 60 m. De obicei, între 80 și 110 m de tubulatură este necesar pentru fiecare 3,5 kW capacitatea pompei.
Când decalajele sunt mai mari, conducta este plasată orizontal la o adâncime cuprinsă între 1 și 1,8 m. De obicei, între 120 și 180 m de tubulatură este necesar pentru fiecare 3,5 kW capacitatea pompei.

Tubulatura, în afară de cazul în expansiune directă în care este din cupru , este recomandabil , fie din polietilenă sau polibutilenă seria 100, cu îmbinările sudate termic, astfel încât durata poate fi între 25 și 75 de ani; cu condiția ca contactul cu solul să fie corecte, aceste materiale asigură o bună conducție termică . ^[9]

consideraţii de instalare

Costul de instalare poate fi de până la de două ori mai mare decât cea a unui cazan tradițional și ar trebui să fie recuperate, datorită economiilor de energie, în aproximativ 5 ani pentru a fi atractive punct de vedere economic. Rețineți că pompele geotermale permit o medie de economisire de 40% energie în comparație cu aer pompe și au o speranță de viață de aproximativ 20/25 de ani (mai mare decât aerul ca pompe compresorul este supus la mai puțin stres. Mecanică și este protejat de mediul ).

Pompă de căldură asistata de heliu

Același subiect în detaliu: pompa asistata de heliu de căldură .

Pompa de căldură asistată de heliu este un sistem integrat care vede utilizarea unei pompe de căldură și panouri solare termice ; în mod normal , aceste două tehnologii sunt utilizate separat (sau cel mult prin plasarea lor în paralel) pentru a produce ACS (apă caldă) și încălzire . ^[10] În acest sistem, panoul solar termic acționează ca funcție sursă de căldură la temperatură joasă și căldura produsă este utilizată pentru puterea vaporizatorul pompei de căldură. ^[11] Obiectivul este de a obține COP ridicat și , prin urmare , produc mai multă energie atât de eficientă și mai puțin costisitoare.

Notă

^ ^A ^b ^c ^d Walter Grassi, pompe de căldură, Walter Grassi, 2016, ISBN 9788892558762 .
^ Funcționarea unui frigider , pe science.unitn.it. Adus pe 22/06/2016.
^ Chillere și pompe de căldură , pe appuntidifisica.wikidot.com. Adus de la 21/06/2016 (depusă de către „URL - ul original 16 august 2016).
^ (EN) sunt sursa de aer Pompe de căldură geotermală o amenințare la pompa de căldură furnizori? Pe forbes.com, Forbes. Adus pe 22/06/2016.
^ (EN) Orice pompă de căldură geotermală este mai bună decât orice aer Sursa pompă de căldură pe geojerry.com. Adus pe 22/06/2016.
^ (EN) Pompe de aer de căldură , pe energy.gov. Adus pe 22/06/2016.
^ Manual de proiectare: încălzire și răcire cu pompă de căldură (PDF) pe dimplex.de. Adus pe 22/06/2016.
^ (EN) Pompe de căldură geotermală , pe energy.gov. Adus pe 22/06/2016.
^ (EN) Biagio Morrone, Gaetano Coppola și Vincenzo Raucci, energie și economice economii folosind căldură pompe geotermale în diferite climate , în conversie a energiei și de management, vol. 88, nr. 1, 2014, pp. 189-198, DOI : 10.1016 / j.enconman.2014.08.007 .
^ (EN) pompe de căldură solară-asistată , pe bine.info. Adus de la 06/21/2016 (depusă de către „URL - ul original , 28 februarie 2020).
^ Pompe asistate heliu Heat , pe climatizzazioneconfontirinnovabili.enea.it. Adus de la 21/06/2016 (depusă de către „URL - ul original 07 ianuarie 2012).

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere ale pompei de căldură

linkuri externe

(RO) pompă de căldură , de Encyclopedia Britannica , Encyclopaedia Britannica, Inc.
Programul de Colaborare AIE Tehnologia privind energia termică de pompare Technologies, HPT TCP pe heatpumpingtechnologies.org.
GAHP: POMPE DE CALDURA ABSORBȚIE GAS pe tutorcasa.it.
(RO) Pompele de căldură mult așteptata cale de ieșire din încălzire globală (PDF) pe hptcj.or.jp. Adus pe 21/06/2016.
(RO) de încălzire și răcire cu o pompă de căldură (PDF), pe nrcan.gc.ca. Adus pe 21/06/2016.
Video pe lichidul din interiorul unui evaporator , de live.pege.org.
Articolul pe pompe de căldură , pe expoclima.net.
Pompele de căldură de absorbție a gazului , de expoclima.net.
Ecobonusului 65% pentru pompe de căldură , pe nuovisistemienergetici.it.

Controlul autorității	Thesaurus BNCF 24024 · LCCN (RO) sh85059801 · GND (DE) 4064195-8 · BNF (FR) cb11932834g (data) · NDL (RO, JA) 00568136

Portalul Energiei	Portalul de fizică	Portal de inginerie
Portal mecanic	Portal de știință și tehnologie	Portalul Termodinamicii

[ref1-1] A ^b ^c ^d Walter Grassi, pompe de căldură, Walter Grassi, 2016, ISBN 9788892558762 .

[ref2-2] Funcționarea unui frigider , pe science.unitn.it. Adus pe 22/06/2016.

[ref3-3] Chillere și pompe de căldură , pe appuntidifisica.wikidot.com. Adus de la 21/06/2016 (depusă de către „URL - ul original 16 august 2016).

[4] (EN) sunt sursa de aer Pompe de căldură geotermală o amenințare la pompa de căldură furnizori? Pe forbes.com, Forbes. Adus pe 22/06/2016.

[5] (EN) Orice pompă de căldură geotermală este mai bună decât orice aer Sursa pompă de căldură pe geojerry.com. Adus pe 22/06/2016.

[6] (EN) Pompe de aer de căldură , pe energy.gov. Adus pe 22/06/2016.

[7] Manual de proiectare: încălzire și răcire cu pompă de căldură (PDF) pe dimplex.de. Adus pe 22/06/2016.

[8] (EN) Pompe de căldură geotermală , pe energy.gov. Adus pe 22/06/2016.

[9] (EN) Biagio Morrone, Gaetano Coppola și Vincenzo Raucci, energie și economice economii folosind căldură pompe geotermale în diferite climate , în conversie a energiei și de management, vol. 88, nr. 1, 2014, pp. 189-198, DOI : 10.1016 / j.enconman.2014.08.007 .

[10] (EN) pompe de căldură solară-asistată , pe bine.info. Adus de la 06/21/2016 (depusă de către „URL - ul original , 28 februarie 2020).

[11] Pompe asistate heliu Heat , pe climatizzazioneconfontirinnovabili.enea.it. Adus de la 21/06/2016 (depusă de către „URL - ul original 07 ianuarie 2012).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]