I 5 tipi di pompe di calore per il riscaldamento e il raffrescamento domestico

Se stai considerando un sistema a pompa di calore anziché un tradizionale forno (o caldaia) e condizionatore per il riscaldamento e il raffrescamento della tua casa, avrai a disposizione diversi tipi di pompe di calore tra cui scegliere. Le pompe di calore differiscono dai tradizionali sistemi di riscaldamento/raffrescamento perché sono progettate per spostare il calore dall'esterno verso l'interno (o viceversa) piuttosto che generare calore. Per questo motivo, sono notevolmente più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai sistemi a combustione di carburante, ma hanno dei limiti poiché potrebbero non funzionare molto bene in climi estremamente caldi o freddi.

All'interno di questo principio generale del calore in movimento, i diversi tipi di pompe di calore variano nel design, con alcuni usando l'aria esterna come fonte di calore e altri usando la terra stessa o un corpo d'acqua come il calore fonte.

1. Pompe di calore ad aria

Il principio di funzionamento di una pompa di calore ad aria è abbastanza simile al funzionamento di un condizionatore d'aria centralizzato, un condizionatore d'aria da finestra o persino un frigorifero. Tutti questi dispositivi trasferiscono calore secondo il principio per cui un liquido che si espande in un gas si raffredda (allo stesso modo che il sudore che evapora dalla pelle fornisce raffreddamento), mentre lo stesso gas si riscalda quando viene compresso di nuovo in a liquido. I loop di tubi riempiti con un refrigerante chimico e azionati da compressori meccanici ed espansori controllano come e dove il liquido si espande in un gas e viene compresso nuovamente in un liquido.

La differenza tra un condizionatore d'aria o un frigorifero standard e un pompa di calore ad aria è che la pompa di calore è reversibile in modo che il meccanismo possa trasferire il calore interno all'esterno (ciclo di raffreddamento) o trasferire il calore esterno all'interno (quando funziona come riscaldatore). Un condizionatore d'aria convenzionale, d'altra parte, è una semplice pompa di calore unidirezionale progettata per assorbire solo il calore interno ed espellerlo all'esterno.

Le pompe di calore ad aria sono la forma più comune di pompa di calore per i sistemi di riscaldamento/raffrescamento residenziali. In origine, alcune pompe di calore ad aria, in particolare i sistemi minisplit, erano principalmente sistemi di raffreddamento e non erano così efficaci per fornire calore in regioni con sottocongelamento prolungato temperature. Tuttavia, gli odierni sistemi a pompa di calore ad aria offrono una valida alternativa ai forni elettrici o sistemi di riscaldamento a battiscopa a temperature fino a zero gradi Fahrenheit. In modalità riscaldamento, le pompe di calore ad aria possono essere circa il 50 percento più economiche rispetto al riscaldamento di una casa tramite il riscaldamento elettrico del battiscopa o con un forno elettrico ad aria forzata. Le pompe di calore ad aria sono anche un po' più efficienti di sistemi di condizionamento tradizionali a rimuovere l'umidità da una casa.

Le pompe di calore ad aria con un sistema di ventilazione ad aria forzata in genere costano da $ 4.000 a $ 8.000 per l'installazione. Questo è considerevolmente più del costo medio di sostituzione di un forno ad aria forzata, ma il risparmio energetico recupererà rapidamente l'investimento aggiuntivo. Rispetto a un forno elettrico ad aria forzata, le pompe di calore risparmiano dal 30 al 70 percento sui costi operativi, ammortizzandosi da sole in 5-12 anni.

Pompe di calore Minisplit senza condotto

Una forma molto popolare di pompa di calore ad aria per uso residenziale è generalmente descritta come senza condotto, oless sistema minisplit. Questi sistemi funzionano tramite due unità meccaniche: un compressore/condensatore esterno e una o più unità di trattamento aria interne contenenti un evaporatore. I gestori dell'aria sono solitamente scatole rettangolari che si trovano su una parete o sul soffitto. I tubi di plastica trasportano il refrigerante dal compressore al gestore dell'aria, che può essere posizionato fino a 50 piedi di distanza. Pompe di calore minisplit incorporano anche una linea di drenaggio per consentire all'umidità condensata di defluire all'esterno e richiedono un collegamento del cavo elettrico per alimentare il/i gestore/i dell'aria interna e il compressore esterno.

In modalità raffreddamento, il calore viene assorbito all'interno della casa mentre il refrigerante si espande all'interno delle serpentine all'interno dell'unità di trattamento dell'aria. Quindi, quel calore viene rilasciato mentre il refrigerante scorre verso l'unità esterna e viene compresso. Questo è abbastanza simile al modo in cui uno standard condizionatore da finestra funziona, tranne che i componenti del compressore e dell'evaporatore possono essere posizionati a una distanza piuttosto grande l'uno dall'altro. I minisplit sono anche molto più silenziosi dei condizionatori da finestra. Una pompa di calore minisplit è reversibile in modo che durante le giornate fredde, le unità possano assorbire calore dall'aria esterna e rilasciarlo all'interno.

I sistemi Minisplit sono eccellenti per il retrofit in una casa senza condutture esistenti, come una casa con a caldaia a vapore o acqua calda e radiatori. Ciò consente di aggiungere l'aria condizionata a una casa in cui non è pratico aggiungere condutture per a sistema ad aria forzata, e ha l'ulteriore vantaggio di fornire una fonte di calore per alleviare il carico sulla caldaia o sul forno.

Questi sistemi offrono una grande flessibilità, in quanto un singolo compressore/condensatore esterno può servire tanti quanti quattro unità di trattamento dell'aria per interni, ciascuna funzionante come zona separata con il proprio termostato e controllore. Il tubo che sposta il refrigerante tra i componenti esterni e interni richiede solo un foro da 3 pollici nella parete e poiché non ci sono condotti per irradiare energia termica, questi sono sistemi molto efficienti che sono fino al 30 percento più efficienti dei condizionatori d'aria centrali ad aria forzata, che perdono una notevole quantità di energia per le condutture che attraversano le pareti o soffitte.

Il rovescio della medaglia è che i minisplit possono essere più costosi da installare rispetto a un compressore centralizzato del condizionatore d'aria che utilizza l'aria forzata canalizzazione e richiedono un installatore esperto nella scelta della giusta dimensione e nel posizionamento dei sistemi di trattamento dell'aria per interni correttamente. Un sistema troppo grande o in cui i sistemi di trattamento dell'aria sono mal posizionati sarà costoso da utilizzare.

Secondo le statistiche nazionali, un sistema minisplit è circa il 30% più costoso da installare rispetto a un sistema canalizzato tradizionale per le nuove costruzioni, sebbene possa essere più conveniente per le installazioni di retrofit, dove l'installazione di nuove condutture può essere molto complicato. La media nazionale è di circa $ 3.000 a $ 4.000 per un'unità minisplit di base da 12.000 BTU con un singolo gestore dell'aria interna. Pianifica di spendere circa $ 1.000 in più per ogni gestore di aria interna aggiuntivo. Uno sondaggio nazionale national mostra una media di $ 5.600 per l'installazione professionale di un sistema minisplit.

Anche se questo può sembrare costoso, nel corso della vita del sistema, potresti recuperare il costo più elevato attraverso il risparmio energetico.

Pompe di calore per finestre

Un ingresso relativamente nuovo nel mondo delle pompe di calore è il pompa di calore dell'unità della finestra, che sembra e funziona in modo molto simile a un condizionatore d'aria da finestra, con una differenza importante: è reversibile, quindi può raffreddare o riscaldare una stanza. Le unità più piccole costano da $ 500 a $ 700, mentre le unità più grandi con rating BTU fino a 25.000 possono costare vicino a $ 2.000. Queste unità possono essere una buona opzione per gli abitanti degli appartamenti che cercano un'unità per raffreddare e riscaldare una stanza o per proprietari di case che cercano un modo per fornire raffreddamento e riscaldamento ausiliari per l'aggiunta o il completamento di una nuova stanza room Attico. Molti produttori leader ora realizzano queste unità per finestre di riscaldamento/raffreddamento, tra cui Amana, LG, Comfort Aire e General Electric. Sono spesso commercializzati come "condizionatori d'aria caldo/freddo", ma il design è quello di una classica pompa di calore ad aria.

2. Pompe di calore geotermiche

Le pompe di calore geotermiche di solito funzionano facendo circolare una soluzione antigelo/refrigerante che scorre attraverso un ampio circuito di tubi sepolto nel terreno al di sotto della linea di gelo. Esistono diversi metodi per eseguire questo tubo in base alla logistica del cantiere. Come nei sistemi a pompa di calore ad aria, l'antigelo assorbe e cede il suo calore grazie ad un ciclo di espansione/compressione dettato da compressore meccanico, valvola di espansione ed evaporatore. Il sistema raccoglie il calore da un lato e lo rilascia dall'altro. Durante la stagione invernale il sistema assorbe calore dalla terra e lo rilascia all'interno; il processo si inverte durante la stagione estiva di raffrescamento.

Esistono diverse varianti nel modo in cui questi sistemi sono collegati. I sistemi a circuito chiuso generalmente utilizzano un antigelo che scorre attraverso un sistema di tubi sigillato, ma ci sono anche sistemi ad anello aperto che utilizzano l'acqua di falda o di lago/stagno come fluido circolante attraverso l'interrato tubi. Tali sistemi sono possibili solo laddove le normative locali e la qualità dell'acqua lo consentano.

Le pompe di calore geotermiche costano molto di più da installare rispetto ad altri tipi di pompe di calore perché comportano scavi estesi per eseguire le tubazioni sotterranee. Aspettatevi di spendere da $ 15.000 a $ 25.000 per installare una nuova pompa di calore geotermica con tubi sotterranei. Tuttavia, costano molto meno per operare su base continuativa, con conseguente risparmio a lungo termine. Inoltre, alcuni di questi sistemi possono anche riscaldare l'acqua per sistemi a pavimento radiante o per i rubinetti dei rubinetti in casa.

3. Pompe di calore ad acqua

Una forma diversa di pompa geotermica è quella che utilizza un corpo idrico, come un lago o un grande stagno, come fonte di calore. Un sistema chiuso e sigillato di tubazioni riempite di refrigerante è avvolto ad almeno 8 piedi sotto la superficie di un adeguato corpo d'acqua e questo lago o stagno fornisce la fonte di calore utilizzata dal sistema. Come i sistemi geotermici, un compressore e un evaporatore cambiano il refrigerante all'interno della tubazione da gas a liquido da trasferire il calore — dall'acqua e nella casa per la stagione di riscaldamento e dalla casa nell'acqua durante il raffreddamento stagione.

I sistemi di approvvigionamento idrico possono essere più economici da installare poiché non sono necessari scavi estesi per interrare le tubazioni, ma sono soggetti a molte normative poiché mantenere le tubazioni piene di refrigerante sigillate e isolate dall'acqua è essenziale.

4. Pompe di calore ibride

Esistono sistemi di riscaldamento/raffrescamento residenziali che includono sia una pompa di calore che componenti HVAC tradizionali ad aria forzata. Oltre a un forno ad aria forzata, il sistema dispone di un'unità esterna in pompa di calore (di solito del tipo a sorgente d'aria) che gestisce le funzioni di riscaldamento e raffreddamento durante i periodi di bassa richiesta. Durante i periodi molto freddi o molto caldi viene attivato il tradizionale sistema HVAC.

Una buona opzione in climi estremi è a sistema ibrido in situazioni in cui un sistema solo a pompa di calore potrebbe non essere in grado di gestire i compiti in ogni momento. Sono anche una buona opzione quando il forno tradizionale deve essere elettrico anziché a gas naturale. Il riscaldamento con un solo forno elettrico può essere una proposta costosa.

5. Pompe di calore ad assorbimento

Esiste un altro modello di pompa di calore meno comune che non rientra nella categoria della fonte d'aria, nei due tipi geotermici o nella categoria ibrida. Conosciuta come pompa di calore ad assorbimento, questo design utilizza un ciclo di assorbimento di ammoniaca-acqua per fornire riscaldamento e raffreddamento. Allo stesso modo di una pompa di calore standard, il refrigerante ad ammoniaca viene condensato in una serpentina per rilasciare il suo calore, quindi la sua pressione viene rilasciata attraverso un meccanismo di espansione per assorbire il calore. Quando il sistema assorbe calore dall'interno della casa, fornisce il raffreddamento; quando rilascia calore all'interno della tua casa, fornisce il riscaldamento.

La differenza nel design è che nella pompa di calore ad assorbimento, l'ammoniaca evaporata non è direttamente pressurizzato da un compressore ma viene invece assorbito in acqua prima di essere compresso da un relativamente pompa a bassa potenza. Per rilasciare l'ammoniaca disciolta dall'acqua all'altra estremità del ciclo, il sistema richiede una fonte di calore, come un bruciatore a gas o una fonte di calore elettrica.

Questi sistemi sono relativamente rari per tutti tranne che per le case residenziali più grandi. Hanno senso solo per le case più grandi di 4.000 piedi quadrati.