Cos'è un sistema a pompa di calore? Cosa sapere

Se non hai familiarità con pompe di calore, non c'è tempo come il presente per cambiarlo. Nel 2023, entrano in gioco gli incentivi federali per rendere più facile l'acquisto e l'installazione di un budget. E nel 2030, la California inizierà gradualmente forni a gas.

Perché le pompe di calore consumano il 50% di energia in meno rispetto ai forni a resistenza elettrica secondo il Agenzia per la protezione dell'ambiente (EPA), sono pronti a diventare l'opzione di riscaldamento più economica per i californiani, così come per le persone in qualsiasi altro stato che segue l'esempio della California.

Quindi cos'è questo elettrodomestico che "pompa calore?" L'idea non è esotica. Gira il condizionatore d'aria della tua finestra e potrebbe funzionare come una rudimentale pompa di calore. Ma come ci si potrebbe aspettare, le pompe di calore reali sono più sofisticate di così.

Cos'è un sistema a pompa di calore?

Una pompa di calore è un apparecchio elettrico che trasferisce il calore dall'esterno all'interno e viceversa.

La maggior parte delle pompe di calore dispone di valvole di inversione che consentono loro di funzionare anche come condizionatori d'aria. Le principali parti funzionanti sono un compressore, che fa circolare un refrigerante attraverso un sistema di bobine di rame, e un ventilatore per far circolare l'aria nello spazio abitativo.

I sistemi a pompa di calore sono tipicamente costituiti da due unità, una esterna e una interna, collegate da tubi di rame che attraversano la parete dell'edificio. Il compressore è solitamente all'esterno.

Come funziona una pompa di calore?

Il sistema di refrigerazione è costituito da due batterie (condensatore ed evaporatore) separate da una valvola di espansione attraverso la quale circola continuamente un refrigerante. Nella serpentina del condensatore, il compressore pressurizza il refrigerante per condensarlo in un liquido. Poiché questo processo rilascia calore, la serpentina del condensatore è sempre calda.

Il liquido pressurizzato preme contro una valvola di espansione all'estremità della bobina. Quando la pressione è sufficientemente elevata, la valvola si apre e spruzza il refrigerante nelle serpentine dell'evaporatore, dove l'improvvisa riduzione della pressione trasforma il refrigerante in vapore.

La vaporizzazione trae energia dal mezzo circostante (aria, suolo o acqua). Questo ritorna nella serpentina del condensatore per essere rilasciato sotto forma di calore quando il refrigerante si ripressurizza.

Tipi di sistemi a pompa di calore

È possibile categorizzare pompe di calore a seconda del mezzo con cui scambiano calore.

UN fonte d'aria pompa riceve calore dall'aria circostante. UN geotermico (o geotermica) la preleva da terra, e a sorgente d'acqua pompa da uno specchio d'acqua vicino. Le pompe di calore geotermiche e ad acqua sfruttano le condizioni di temperatura stabile nel sottosuolo o in uno specchio d'acqua. Funzionano meglio nei climi freddi rispetto ai modelli ad aria.

Un altro modo per classificare le pompe di calore è in base alle dimensioni. Unità di tutta la casa con potenti compressori può sostituire un forno e un condizionatore d'aria in un sistema di riscaldamento/raffreddamento centralizzato. La batteria del condensatore è montata in un dispositivo di trattamento dell'aria che ospita anche un ventilatore.

Pompe di calore più piccole, note come mini-split senza canalizzazione, dispongono di una o più unità interne a parete, ognuna con il proprio ventilatore. I mini-split producono abbastanza calore per una singola stanza. Esistono anche sistemi mini-split con un unico compressore che alimenta fino a otto o nove unità a parete.

Dove sono più comuni le pompe di calore?

Li troverai principalmente nelle regioni con temperature invernali moderate.

Secondo i dati del Associazione Nazionale Costruttori Edili, dal 75% al ​​77% delle case negli stati del centro-sud orientale e dell'Atlantico meridionale li ha, mentre il 20% delle case negli stati del centro-sud occidentale li ha. Non sono così comuni negli stati del nord perché le temperature dell'aria sono troppo fredde e i modelli a terra o ad acqua sono costosi da installare.

Tuttavia, la situazione non è statica. I produttori stanno lavorando per sviluppare modelli più efficienti che funzionino in climi freddi. Inoltre, le unità possono essere dotate di riscaldatori resistivi ausiliari per fornire calore supplementare nelle giornate fredde.

Acquistare una pompa di calore

Le caratteristiche più importanti da considerare sono la potenza termica, misurata in British Thermal Units (Btus), e il Seasonal Energy Efficiency Rating (SEER). Anche la produzione di calore viene spesso misurata in tonnellate, dove una tonnellata = 12.000 Btus.

Esistono due regole empiriche per il dimensionamento di una pompa di calore. Uno è quello di fornire 30 Btus di calore per piede quadrato di superficie. L'altro è dividere la superficie totale per 500 per determinare il numero di tonnellate necessarie. È importante che un appaltatore HVAC esegua test per dimensionare accuratamente un'unità per una particolare casa in modo che produca la giusta quantità di calore.

I numeri SEER iniziano da 13 (bassa efficienza) e salgono a 21 o 22 (alta efficienza). Un'unità con un numero SEER elevato utilizza meno elettricità, ma ha più parti mobili e costa di più per l'acquisto e la manutenzione.

In pratica, un sistema con 16 SEER dovrebbe essere adeguato in climi moderati. Per massimizzare le prestazioni in un clima più freddo o ridurre al minimo il consumo di energia, scegli un SEER più elevato. È possibile calcolare l'energia utilizzata da una particolare unità e il suo costo mensile dividendo la potenza termica in Btu per il SEER. Otterrai il risultato in watt all'ora. Quindi moltiplicalo per la tariffa elettrica locale.

Installazione di una pompa di calore

Alcune unità mini-split, come il Mr. Cool fai da te, può essere installato dai proprietari di abitazione. Se non ti senti a tuo agio, assumi un tecnico HVAC autorizzato.

L'unità esterna si monta su una base in cemento o su un piè di pagina per mantenerla alta e asciutta. Una o più unità interne sono installate a parete o all'interno di un dispositivo di trattamento dell'aria collegato alla canalizzazione dell'edificio. Le due unità sono quindi collegate da tubi di refrigerazione e cavi elettrici che passano attraverso il muro.

Poiché la maggior parte delle pompe di calore funziona anche come condizionatore d'aria, è incluso un tubo di drenaggio per la condensa che gocciola dalla serpentina interna quando fa freddo.

Manutenzione pompa di calore

Sia l'unità interna che quella esterna necessitano di manutenzione ordinaria, inclusa la sostituzione dei filtri dell'aria e la pulizia della polvere dalle bobine. L'unità esterna deve essere mantenuta libera da neve, foglie e altri detriti in modo che l'aria possa circolare.

Potrebbe essere necessario sbrinare occasionalmente la serpentina dell'evaporatore nell'unità esterna in inverno e l'unità interna in estate. Basta spegnere l'alimentazione e lasciare che il ghiaccio si sciolga, piuttosto che cercare di grattarlo via e possibilmente danneggiare la bobina.

Chris Deziel è attivo nel settore edile da oltre 30 anni. Ha contribuito a costruire da zero una piccola città nel deserto dell'Oregon e ha contribuito a fondare due società di architettura paesaggistica. Ha lavorato come falegname, idraulico e rifinitore di mobili. Deziel scrive articoli fai-da-te dal 2010 e ha lavorato come consulente online, più recentemente con il servizio Pro Referral di Home Depot. Il suo lavoro è stato pubblicato su Landlordology, Apartments.com e Hunker. Deziel ha anche pubblicato contenuti scientifici ed è un appassionato musicista.