Sbrinamento pompa di calore aria acqua - formazione ghiaccio unità esterna

Formazione ghiaccio unità esterna e sbrinamento pompa di calore

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 Rotex HPSU Compact della Daikin):

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=QEflH2Cl1ic]

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_POINTPossiamo 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 Rotex HPSU Compact

Nel caso della mia Rotex 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 e’ facilmente riconoscibile sull’unita’ interna della Rotex HPSU Compact tramite:

  • comparsa della gocciolina sul display
  • rumore delle valvole a 3 vie che vengono azionate

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


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 Rotex 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’unita’ 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

27 pensieri su “Formazione ghiaccio unità esterna e sbrinamento pompa di calore

  1. blankIlaria

    Ciao, l’unita esterna della mia pompa è stata posizionata in modo errato credo, troppo vicino a un muretto (saranno 5-10 cm) che porta la presenza costante di ombra e quindi la formazione di ghiaccio solo in quella porzione inferiore.
    Come posso tenere costantemente libero dal ghiaccio?

  2. blankAlessandro

    Noto che ci sono dei buchi di assorbimenti di potenza della PDC. Possono essere associati a fenomeni di sbrinamento?

  3. blankAntonio

    Ho 1 pompa di calore rhoss 110 e il problema e il ghiaccio che si forma e quindi va sempre in sbrinamento e i fancoil mandano aria fredda
    Mettendo 1 accumulatore secondo voi risolvo il problema?

    1. blankLa mia Casa Elettrica Autore articolo

      Ciao Antonio,

      premesso che lo sbrinamento e’ normale e necessario, e’ la sua frequenza che potrebbe essere anomala.
      Le ragioni potrebbero essere molteplici, anche l’impianto idraulico / di distribuzione.
      In primis capirei se la pompa di calore funziona come atteso (periodo di funzionamento, temperature di mandata e ritorno, regolazione climatica o mandata fissa).

  4. blankluigi

    ho installato 6 anni fa una pomp a di calore Daikin aria (alta temperatura sino a 80°) dalla potenza di 14KW, potenza che è stata inserita dopo uno relazione di uno studio termotecnico sulla coibentazione della casa e della necessità della potenza della macchina . il mio problema è che quando la temperatura esterna si avvicina dai 5° in giù la mia pompa riesce a riscaldare l’acqua solo sino a 45 gradi, con una temperatura in casa d 17° massimo. Ho fatto intervenire tecnici di diversi centri assistenza Daikin, e dopo aver paccioccato per una mezza giornata sono andati tutti via senza risolvere il problema-, ( la macchina è completamente carica di gas, avendola misurata). Ora non potendo stare al caldo sto pensando di cambiare caldaia, sostituendola certamente non con una Daikin. La mia domanda è: vi sono altre marche che mi possono superare questo problema oppure devo solo e sempre tenermi la temperatura di 17° gradi in casa?
    Grazie di una tua cortese risposta in merito.

    1. blankLa mia Casa Elettrica Autore articolo

      Ciao Luigi,

      ho cercato su un manuale tecnico del 2013 le caratteristiche della Rotex HPSU Bi-Bloc 14 kW trifase che potrebbe essere la tua o quasi.

      Le caratteristiche salienti per quanto riguarda il riscaldamento sono:
      – temperatura massima di mandata 55 °C
      – con temperatura di mandata di 50 °C al condensatore si ottengono tra 9,8 e 10,3 kW termici con temperature esterne tra -7 e 2 °C
      intervallo di funzionamento fino a -20 °C esterni senza problema alcuno

      In sintesi: oltre i 55 °C in modalità riscaldamento non ci si va nemmeno piangendo in giapponese.

      Mi fa strano che pero’ non ci arrivi intorno ai 55 °C di mandata.

      Io sono da sempre contrario alle pompe di calore ad alta temperatura: sono una contraddizione in essere.

      Se proprio vuoi continuare su questa strada valuterei una Kronoterm.

      1. blankluigi

        grazie per la tua sollecita risposta; la macchina è una DAIKIN ATHERNA 14 Kw tri fase, anno di installazione 2010, ancora oggi la Daikin la propone per alta temperatura sino a 80°; come già detto io la uso solo a 65 gradi, pertanto non la sfrutto pienamente, ma ha un margine di lavoro di ben 15° che non è poco, ma come già detto in inverno quando va bene arrivo a 40/45° ciò vuol dire stare al freddo,
        Grazie e saluti
        Luigi

        1. blankMarco Sesso

          Ringrazio l’autore per l’interessante trattazione. Cercavo di capire come la pompa valutasse la necessia’ di sbrinamento per anticiparla , e grazie al link della tesi suggerita mi sono fatto un’idea .
          Sono anche d’accordo sulla risposta data a Luigi ( ecco perche’ rispopndo qui) . Le PdC sono di per se una scelta ( spero di non scatenare un vespaio) ecologica, piu che economica . La loro economicita’ potrebbe essere discussa per impianti a bassa temperatura e una gestione intelligente di un impianto fotovoltaico . La speranza di sostituire una caldaia tradizionale con una PdC e’ mal riposta come sono mal riposte le speranze di raggiungere gli 80 gradi senza attivare resistenze elettriche supplettive .
          Per concludere, sprono la gente a essere ecologica (usare energia rinnovabile per scaldarsi e abbandonare i fossili) , ma di non crearsi false aspettative .Se io avessi un budget da investire lo concentrerei piu nell’isolamento che nella produzione.

          1. blankLa mia Casa Elettrica Autore articolo

            Ciao Marco,

            le pompe di calore sono intrinsecamente il metodo più efficiente per il riscaldamento. Come qualsiasi cosa se usata male ottieni risultati differenti.

            Condivido che prima di tutto occorre isolare. Cosi’ non devi riscaldare o raffrescare qualsiasi sia la fonte.

  5. blankPaolo

    Ciao, sto per acquistare una daikin alterma3 vivo in campagna e sto pensando di posizionarla a nord dove non giunge aimè il sole in inverno. Visto le date dell’articolo ad oggi sono state fatte migliorie sulle logiche di sbrinamento? dai video sembrerebbe parecchio rumorosa sia L’Unità interna che quella esterna, se posizionata a 5 metri dalla casa può essere fastidiosa? Grazie dell’attenzione, vorrei fare una casa tutta elettrica ma sono molto preoccupato a riguardo.

    1. blankLa mia Casa Elettrica Autore articolo

      Ciao Paolo,

      non conosco le evoluzioni fatte da Daikin sul tema specifico sbrinamento. In ogni caso o fanno unita’ fisicamente più grandi con maggiore distanziamento tra le lamelle o altrimenti non e’ possibile superare i limiti della termodinamica.

      Sul tema rumore interno non lo considero un problema. L’unita’ esterna non e’ particolarmente rumorosa anche se la monti a muro.

      Per la mia esperienza eviterei di metterla a nord se possibile.

    1. blankLa mia Casa Elettrica Autore articolo

      Ciao Gorgi,

      per quanto si possa ridurne la frequenza e possa essere effettuato con metodologie diverse, lo sbrinamento invernale e’ inevitabile (nelle condizioni ambientali che lo determinano).

      1. blankLele

        Grazie mille, è da giorni che sto smanettando per trovare la miglior soluzione ma per ora rimango nel buio più totale…
        Tutte e PDC effettuano il ciclo defrosting sto pensando a questo punto di installare una pompa di calore aria terra.

      2. blankLele

        Salve a tutti chiedo consiglio per una pompa di calore aria acqua, da almeno 12 kw, da collegare ad un impianto a pavimento ribassato che riduca al minimo o che comunque non sia impattante con i cicli di defrosting…
        Ho visto addirittura dei modelli con l’unità interna ma che comunque sono collegate a tubazioni esterne e che cque effettuano cicli di sbrinamento.
        Se Potete aiutarmi Grazie mille

        1. blankLa mia Casa Elettrica Autore articolo

          Ciao Lele,

          non porti troppi problemi sulla marca, basta che sia nota (tipo Panasonic, Mitsubishi, etc). La differenza la fanno progettista ed installatore.

          Se vuoi spendere tanto per avere una unita’ esterna enorme che magari ti risparmia qualche defrost scegli una marca europea (magari italian o slovena).
          Sinceramente non so se il gioco varrà la candela.

          1. blankLele

            Grazie mille, alla fine ho trovato la rossato aria acqua inverter II, che attua pochissimi cicli di defrosting.. sto anche valutando una PDC con unità interna, una novità, ovviamente l’aria viene portata da delle tubazioni che sono collegate all’esterno, la marca è Stiebel Eltron.. Con VMC incorporata, Peccato che arrivi al massimo a 10kw, io ne avrei bisogno di 12… ma se hai qualche consiglio per queste pompe di calore senza unità esterna Ti ringrazio

  6. blankgabriele fava

    Ho una pompa di calore RDZ UM 12 PLUS che in questo periodo invernale è completamente ricoperta di ghiaccio nella parte a nord e posteriore, anche i frequenti sbrinamenti non incidono minimamente in questi enormi ‘crostoni’ che permangono per mesi creando alle volte dei blocchi per mancanza di scambio causa troppo ghiaccio.
    L’idraulico non sa che pesci pigliare, avete qualche idea a riguardo per risolvere questo problema?

    1. blankLa mia Casa Elettrica Autore articolo

      Ciao Gabriele,
      e’ ovvio che in questa situazione non lavori nel modo ottimale (per dirla con un eufemismo).

      Domande di base:
      1) riesci comunque a garantire il comfort necessario in casa ?
      2) la macchina ha le resistenze protezione antigelo (ho visto che esiste sul manuale reperibile su internet)
      3) la macchina ha la resistenza integrazione impianto in sbrinamento (ho visto che esiste sul manuale reperibile su internet)
      4) la macchina e’ programmata per funzionare 24×7 o solo in certi orari ? Per migliorare la situazione, se compatibile col comfort, sarebbe meglio un funzionamento diurno.
      5) il compressore funziona sempre o e’ soggetto a frequenti on-off ? Nel secondo caso probabilmente temperatura di mandata troppo alta rispetto alle esigenze.

      Ti consiglio comunque di leggere insieme al tecnico il manuale.

      Servirebbe comunque un esperto della macchina per regolarla al meglio.

  7. blankCREDENDARIO

    buongiorno la mia pompa di calore sono 3 giorni che ha il ghiaccio e non scalda più
    c’è la possibilità di fare lo sbrinamento in modalità manuale?
    oppure hanno messo qualche parametro errato?
    grazie infinite

  8. blankGiovanni

    Buongiorno
    Visto che lo scarico, im moalità pompa di calore, è collocato nella parte bassa dove confluisce l’acqua è a contatto con la lamiera dell’involucro, se si applicasse un pannello di pulioretano o altro materiale isolante, potrebbe essere utile…?

    1. blankLa mia Casa Elettrica Autore articolo

      Ciao Giovanni,
      lo sbrinamento e’ determinato dall’aria e della serpentina dello scambiatore per cui il tuo suggerimento non influenza la situazione.
      Ti posso solo consigliare che l’acqua possa scaricare bene in modo che non si formino distese di ghiaccio sulla superficie di appoggio quando dovesse stagnare.

  9. blankparolin88

    Diminuire la temperatura di mandata e aumentare di qualche ora il funzionamento così da richiedere una quantità di energia termica più diluita nel tempo e limitando i carichi e i picchi può servire e/o aiutare a limitare i defrost?

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