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Formazione ghiaccio unità esterna e sbrinamento pompa di calore

    Sbrinamento pompa di calore aria acqua - formazione ghiaccio unità esterna

    Formazione ghiaccio unità esterna e sbrinamento pompa di calore: il funzionamento del riscaldamento e’ assicurato senza problemi di comfort anche alle temperature esterne invernali più rigide.

    Ci sono pero’ due punti di attenzione importanti:

    • riduzione delle prestazioni della pompa di calore (il cosiddetto COP, coefficient of performance)
    • formazione ghiaccio unità esterna che richiede sbrinamento pompa di calore aria acqua

    Formazione ghiaccio unità esterna

    La formazione ghiaccio unità esterna e’ stata facilitata di molto dalle condizioni ambientali di questo “strano” inverno 2015-216, in particolare per chi, come me, abita in piena Pianura Padana.

    La situazione tipica per molte settimana e’ stata questa (prego notare la formazione ghiaccio unità esterna della mia pompa di calore Daikin HPSU Compact della Daikin):

    Nebbia in Val Padana

    con umidità molto elevata (prossima al 100%) e temperatura relativamente bassa (nell’intorno dei 5 °C).

    Un po’ di teoria

    In modalità riscaldamento il radiatore esterno opera come evaporatore e quindi la sua superficie e’ sempre ad una temperatura inferiore rispetto a quella dell’aria anche quando questa sia già bassa come in inverno.

    In presenza di umidità nell’aria esterna può dunque formarsi ghiaccio sul radiatore esterno con consequente ulteriore riduzione del rendimento dello scambio termico (il ghiaccio e’ isolante) rispetto alla “naturale” riduzione del COP con la temperatura esterna.

    Pur essendo un tema particolarmente complesso e poco documentato, cerchiamo ora di capire concretamente le condizioni ambientali in cui l’umidità presente nell’aria esterna cominci a congelare sul radiatore esterno.

    Punto di rugiada

    Ci viene in aiuto il cosiddetto punto di rugiada (dew point), ovvero le condizioni dell’aria sotto le quali (temperatura inferiore e/o pressione maggiore) il vapore libero comincia a passare in fase liquida (potendosi congelare sul radiatore dell’unita’ esterna).

    Volendo semplificare, assumendo pressione esterna invariante, l’unita’ esterna comincia a brinare quando accadono entrambe le condizioni:

    • temperatura fluido refrigerante < punto di rugiada aria
    • temperatura fluido refrigerante < 0 °C

    Il punto di rugiada dell’aria può essere calcolato mediante l’approssimazione di Magnus-Tetens.

    Molto più aleatorio, non ho trovato molto in letteratura, e’ stabilire la temperatura del fluido refrigerante. In linea generale possiamo assumere che, dato il funzionamento della pompa di calore per estrarre calore dall’aria, la temperatura del fluido refrigerante operi sempre tra i 5 °C ed i 10 °C inferiore alla temperatura dell’aria esterna.

    Il risultato può essere rappresentato nel diagramma seguente che mostra, in funzione della temperatura dell’aria esterna, l’andamento di:

    • punto di rugiada dell’aria per differenti valori di umidità esterna (linee tratteggiate)
    • fascia di probabili valori per la temperatura del fluido refrigerante (bande verticali)
    DEW_POINT

    Possiamo quindi trarre diverse conclusioni sulla formazione ghiaccio unità esterna di una pompa di calore aria acqua:

    • dipende principalmente da temperatura ed umidità dell’aria esterna (e’ la fisica a dircelo ! Per cambiare si può solo traslocare in luoghi meno umidi)
    • dipende fortemente dalla temperatura del fluido refrigerante (e’ il costruttore della pompa di calore, entro certi limiti, a determinarlo)
    • il ghiaccio può cominciare a formarsi già con temperature esterne inferiori ai 5 °C ed umidità esterna superiore al 78%
    • in presenza di basse temperature ed aria secca non si forma brina

    Sbrinamento pompa di calore aria acqua

    Ci sono alcuni modelli di pompa di calore che lavorano proprio sul fluido refrigerante per limitare gli sbrinamenti come la Mitsubishi Zubadan che inietta gas caldo

    La pompa di calore, per avviare lo sbrinamento, rileva automaticamente lo stato di congelamento dell’unita’ esterna mediante due possibili metodi:

    • con un sensore di temperatura esterno e un timer che inverte il ciclo ogni tot minuti
    • con un sistema di controllo più raffinato, che monitora il flusso d’aria, la pressione del refrigerante, la temperatura dell’aria

    Ovviamente il secondo metodo e’ quello più efficiente (evita sbrinamenti inutili), ma probabilmente la maggior parte delle pompe di calore adotta il primo perché più semplice. Nessuna azienda produttrice documenta nulla.

    Durante lo sbrinamento la macchina inverte il ciclo mediante la valvola reversibile e ferma la ventola esterna per ridurre l’energia termica necessaria allo scioglimento del ghiaccio.

    E’ chiaro che fare uno sbrinamento e’ oneroso perché lo scioglimento del ghiaccio richiede energia termica (da sottrarre al riscaldamento della casa).

    Sbrinamento pompa di calore Daikin HPSU Compact

    Nel caso della mia Daikin HPSU Compact il calore per lo sbrinamento viene prelevato dal bollitore dell’acqua calda e, se necessario, viene azionato anche il Backup-Heater (BUH). A seconda del fabbisogno di calore, il riscaldamento diretto può essere interrotto brevemente durante la procedura di sbrinamento. Entro 8 minuti il sistema torna al funzionamento normale.

    Per verificare la teoria passiamo ora a qualche evidenza pratica nella mia casa elettrica.

    Un ciclo di sbrinamento è facilmente riconoscibile sull’unità interna della Daikin HPSU Compact tramite:

    • comparsa della gocciolina sul display
    • rumore delle valvole a 3 vie che vengono azionate
    Pompa di calore Daikin HPSU Compact: sbrinamento - interno

    Nel caso non lo abbiate mai osservato direttamente, questo è quanto accade invece all’esterno durante lo sbrinamento (filmato dell’inverno precedente):

    Pompa di calore Daikin HPSU Compact: sbrinamento - esterno

    E’ anche agevole, per chi disponga di un sistema di monitoraggio, riconoscere gli eventi di sbrinamento (in violetto) osservando l’andamento della potenza elettrica assorbita dalla Daikin HPSU Compact:

    CICLO_DEFROST

    Chiaramente durante gli sbrinamenti la macchina non sta producendo calore per riscaldare (circa 8 minuti per ciclo).

    Se vuoi scoprire anche tu qualche dato in più sulla potenza elettrica assorbita dalla tua pompa di calore ti consiglio di leggere Misuratore consumi elettrici wireless o con presa ?

    Giornata tipo

    Il 2 gennaio 2016 e’ una giornata esemplificativa del caso peggiore per gli sbrinamenti avendo umidità elevate e temperatura relativamente bassa:

    UMIDITA_TEMPERATURA

    [Fino alle 09:30 stavo sistemando il sensore umidità]

    GIORNATA_DEFROST

    In viola ho evidenziato i 4 cicli di produzione acqua calda necessari a re-integrare l’accumulo tecnico.

    Considerazioni:

    • sono stati “buttati” circa 5,1 kWh elettrici per re-integrare l’energia termica usata in sbrinamento
    • durante i 4 cicli acqua calda addizionali la HPSU non sta riscaldando la casa (circa 3 ore in tutta la giornata)
    • durante i 26 sbrinamenti la HPSU non sta riscaldando la casa (circa 3,5 ore in tutta la giornata)

    Sintesi

    • dei 20,3 Kwh elettrici consumati nella giornata dalla HPSU circa il 25% e’ stato “buttato” in sbrinamenti
    • ci sono state solo 9,5 ore effettive di riscaldamento attivo sulle 16 attese – il resto del tempo e’ stato speso in re-integro acqua calda e sbrinamenti veri e propri

    Poiché non voglio fare terrorismo psicologico eccovi la giornata leggermente meno umida del 17 dicembre 2015 in cui tutto funziona decisamente meglio:

    1712_TH
    1712

    Ci sono solo alcuni sbrinamenti la mattina.

    Conclusioni su formazione ghiaccio unità esterna e sbrinamento pompa di calore

    In conclusione occorre dunque tenere bene a mente la presenza, nella stagione invernale, di sbrinamento pompa di calore aria acqua sia in termini di comfort che di spesa poiché possono ridurre in modo significativo rendimento e tempi di funzionamento della pompa di calore soprattutto in condizioni di umidità esterna elevata.

    In un altro articolo proverò a descrivere che margini abbiamo per influenzare gli sbrinamenti (pochi a parte la corretta pulizia dell’unità esterna) e come gestirne l’effetto in modo da minimizzare la spesa e massimizzare il comfort.

    Per chi fosse interessato ho trovato questa tesi in lingua italiana sull’argomento:

    MODELLO SEMPLIFICATO PER LA VALUTAZIONE DELLO SBRINAMENTO ALL EVAPORATORE DI POMPE DI CALORE

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    42 commenti su “Formazione ghiaccio unità esterna e sbrinamento pompa di calore”

    1. Ciao, grazie per il bell’articolo. Ne approfitto per chiderti un aiuto.
      Sto valutando un modello di pompa di calore da acquistare. In questo momento sarei orientato sulla Daikin HPSU Compact. Essendo questo modello di un prezzo molto inferiore alle concorrenti stiebel-electron / hoval me ne chiedevo la ragione ed in particolare la mia preoccupazione era proprio relativa alla brina.
      Le marche costose hanno un pacco lamellare più distanziato, quindi in teoria subiscono meno l’effetto della brina. È così? Questo secondo te dovrebbe rappresentaere un criterio di valutazione-scelta? Oppure grazie al sistema automatico da te descritto il problema viene mitigato? Abito in zona E.
      Un grazie

      1. Ciao Piero,

        lo sbrinamento è un meccanismo normale nel funzionamento invernale di una pompa di calore aria-acqua che è presente in qualsiasi modello di qualsiasi marca.
        Altrimenti non potresti usare una pompa di calore in riscaldamento.
        Io chiederei alle marche costose che citi le evidenze tecniche del pacco lamellare più ampio e del beneficio effettivo rispetto alla concorrenza.
        La considerazione tecnica è assolutamente vera, ma bisogna entrare nel merito dei risultati (miglioramento del COP che è l’unico dato che parla) e dei costi associati (sia economici che di dimensioni e peso dell’unità esterna).
        Io non mi farei affascinare troppo dalle brochure delle termopompe professionali europee.
        Nello specifico devi valutare i nuovi modelli di Daikin Altherma 3 che, tra la varie cose, anche lavorato sul pacco lamellare rendendolo + “arioso”.

    2. Ciao, scusami la domanda, ho letto con interesse tutte le tue considerazioni.
      La pompa di calore di una unità ibrida, può essere spenta totalmente?
      Una volta spenta esegue comunque i cicli di sbrinamento?
      Grazie.

      1. Ciao Simone,
        il funzionamento di una caldaia ibrida dipende dalla logica di controllo dello specifico/produttore modello che stabilisce le condizione per la quali far operare la caldaia a metano e quando la pompa di calore.

        Ad esempio nella Daikin HPU Hybrid puoi impostare:
        modo ecologico per minimizzare l’uso di energia primaria
        modo economico per minimizzare la spesa (potendo configurare un prezzo fisso per il gas, 3 livelli di prezzo dell’elettricità, programmazione settimanale dei prezzi dell’elettricità)

        Ovviamente se una pompa di calore non funziona non verranno svolti cicli di sbrinamento.

        Sconsiglio vivamente la pompa di calore ibrida. L’unico scenario in cui mi porrei dei dubbi sull’uso di una pompa di calore è con vecchi termosifoni in ghisa che richiedono temperature di mandata altissime.

        Hai letto il mio articolo su pompa di calore e termosifoni?

    3. Buongiorno,
      vi scrivo anche io per un problema di una pompa di calore. Mi hanno montato una Ecodan della Mitsubishi e abito anche io in Pianura Padana. Ogni giornata invernale con nebbia e temperature rigide la pompa si blocca con Errore codice L6 (problema di antigelo). Nel manuale è scritto di pulire il filtro della pompa (l’unità esterne si blocca, non è un problema di filtro ovviamente, ma comunque ci abbiamo provato). Sono usciti due volte dal centro assistenza per 4 blocchi e hanno aggiornato un software promettendo che non si sarebbe più bloccata. Inutile dire che è ri-successo. C’è un modo per risolvere questo problema secondo voi?
      Grazie

      1. Ciao Sara,

        premesso che non sono un installatore, ho provato a cercare in rete.

        Sul manuale che ho trovato, per gli errori L1 ed L6 (Protezione antigelo dell’acqua in circolo) propone questo intervento:

        La portata può essere ridotta; verificare quanto riportato di seguito:
        • Perdite d’acqua
        • Ostruzioni del filtro
        • Funzionamento della pompa

        Ma è un modello bi-blocco o mono-blocco? E’ il primo inverno che ci fai? Avete verificato che non ci siano perdite d’acqua nel circuito?

        Comunque parrebbe un problema di portata troppo bassa.

    4. Ciao Francesco, ho un sistema a pompa di calore, ogni qualvolta la temperatura si abbassa (soprattutto in inverno e di notte) esce sul display la scritta con “errore A3 avviso di sghiacciamento”, dopodiche non succede piu nulla, il riscaldamento rimane cosi bloccato fino a quando nn spengo e riaccendo tutto.
      Come posso ovviare a tutto questo?
      Premetto che lo fa solo nei giorni freddi x il resto dell’anno funziona bene

      Grazie

      1. Ciao Fabio,

        le tue indicazioni sono un po’ generiche, servirebbe sapere di quale pompa di calore si tratti.

        Come già scritto più volte lo sbrinamento è inevitabile. Quel messaggio sembra indicare una fase di sbrinamento, per il codice d’errore occorrerebbe vedere sul manuale del prodotto.

        In quella situazione hai verificato cosa succede nell’unità esterna? E’ ghiacciata? Quando si spegne?
        Hai fatto manutenzione periodica, in particolare la quantità di gas refrigerante è stata controllata?

        1. Buongiorno,
          Sì è il primo inverno che faccio con questa pompa di calore, è un monoblocco. Non ci sono perdite di acqua nell’impianto, il filtro è già stato pulito. Fra installatore e centro assistenza non si riesce a trovare una quadra e noi nel frattempo siamo abbastanza disperati.

    5. È possibile utilizzare un termostato esterno, per evitare l’utilizzo in caso di temperatura troppo bassa? ( 5°C sono il limite minimo, o sbaglio? )
      Grazie

      1. Ciao Dario,

        volendolo davvero sì, come dipende dal modello di pompa di calore che comunque avrà quasi sicuramente un ingresso per termostato ambiente.

        Voglio però essere chiaro: una pompa di calore funziona perfettamente anche a bassissime temperature ed il meccanismo di sbrinamento serve proprio a rimuovere il ghiaccio che si forma (inevitabilmente).
        Non esiste alcun limite di 5 °C.

        Quanto è vero è che il rendimento scende con lo scendere della temperatura esterna.

    6. Ciao la mia vecchia unita e di 27000 btu canalizzata e devo cambiarla la unita esterna e sul balcone all’ultimo piano e sono molto vicino ai campi di coltivo e molto umido quindi si congela molto spesso a volte si congela anche il tubo di scarico riversando la condensa sul marciapiedi ho utilizzato anche un dissipatore di condensa che comunque il vapore ghiaccia e fa la neve che cade sul marciapiede Quale macchina mi raccomanderesti?

      1. Ciao Antonio,

        lo sbrinamento invernale è inevitabile.
        Dalla tua descrizione assumo tu non abbia una pompa di calore per riscaldamento ma un climatizzatore (unità esterna + split interni) che utilizzi anche per il riscaldamento.
        Per quanto sia assolutamente possibile, non sono comunque macchine ottimizzate per quel tipo di funzionamento.
        Non ho quindi un suggerimento specifico se non quello di andare su marchi noti con una rete di assistenza capillare.

    7. Buona sera ho un problema su una pompa di calore.
      Mi si forma ghiaccio di spessore ,ho girato la macchina in freddo e si sghiaccia , funziona regolarmente per una settimana e poi torna a ghiacciate provocando anche un fastidioso rumore di ventola…
      Qualcuno mi può aiutare?

      1. Ciao Francesco,

        è inevitabile che ci sia la formazione di ghiaccio e lo sbrinamento (automatico).
        Ma parli di una pompa di calore per riscaldamento o di un climatizzatore che utilizzi per riscaldamento?
        Se siamo nel secondo caso, per quanto sia un uso possibile, si tratta di macchine non ottimizzate specificamente per il riscaldamento.
        Ma osservi i cicli di sbrinamento automatico? Non rimuovono il ghiaccio presente?

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