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Pompa di calore

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Pompa di calore 2017-10-03T13:15:05+00:00

Pompa di calore: un sistema energetico semplice ed efficace

Una pompa di calore è un macchinario termico che è in grado di trasferire dell’energia termica da una sorgente con una temperatura più bassa a una con temperatura più alta, usando diverse forme di energia, di solito meccanica. Le pompe di calore insomma funzionano un po’ come i frigoriferi, ma al contrario. In un frigorifero il caldo viene estratto dall’interno per espellerlo all’esterno. Il principio di funzionamento è il medesimo: viene estratto calore da una fonte naturale (aria, acqua, terra) e lo si trasporta all’interno della pompa di calore, in funzione del tipo di modulo energetico di riscaldamento.

Il vantaggio delle pompe a calore

Il vantaggio delle pompe di calore è che si tratta di un’energia gratuita, rinnovabile ed ecologica, infatti suolo, acqua e aria sono naturali. Le pompe sono quindi la soluzione ideale per ridurre i consumi energetici di casa e anche fare del bene al pianeta, poiché si riducono le emissioni di anidride carbonica. Per installare una pompa di calore è importante fare una valutazione attenta dell’abitazione in cui si installerà e dei fabbisogni termici. Il funzionamento ottimale è di solito nelle abitazioni nuove, che hanno impianti a pavimento o dei radiatori con temperatura bassa. Nel caso si riqualifichi un impianto tradizionale, l’isolamento termico dovrebbe essere performante, in modo da ridurre la dispersione termica e abbassare la temperatura con cui funzionano i radiatori esistenti.

Come funziona una pompa di calore

Nel ciclo di una pompa di calore, un gas (chiamato freon) ha la capacità di assorbire calore da una fonte naturale e successivamente, per una compressione, ne alza la temperatura, cedendolo all’impianto di riscaldamento. La resa di un impianto di questo tipo è 5 volte maggiore di quella spesa dal compressore dell’apparecchio. La modalità di funzionamento di una pompa di calore può essere:

  • Monovalente, cioè avere un unico generatore. Questo tipo è consigliato soprattutto nelle costruzioni nuove, ben isolate e in zone climatiche che non siano particolarmente rigide.
  • Bivalente, cioè avere un generatore in più a supporto dell’impianto. Questa tipologia può essere usata in zone climatiche molto fredde, o in case rimodernizzate in cui il fabbisogno energetico è elevato e rende conveniente avere un altro generatore di calore in funzione di supporto.

Le pompe di calore funzionano in base a differenti principi fisici, ma di solito sono classificate in base al loro utilizzo: trasmissione di calore, dispersore di calore, fonte di calore oppure macchina refrigeratrice. Per capire il funzionamento immaginate 100 unità di energia termica messe in un pallone. Quando questo viene compresso diventando una pallina da ping pong, la temperatura all’interno aumenta. Se la compressione è adiabatica, cioè non vi sono scambi di calore con l’esterno, l’energia all’interno è raddoppiata. Se vi sono dispersioni sarà minore, ma comunque maggiore di 100.

Le pareti della pallina riscaldata trasferiscono calore all’esterno, se la si mette in una zona fredda trasferirà calore all’esterno per uguagliare poi la sua temperatura con l’ambiente che la circonda. Una volta raffreddatasi, riportandola nella zona iniziale la si fa riespandere (catturerà freddo dall’esterno), la si ricomprime e così via.

Detto ciò si capisce che il cuore di una pompa di calore è il compressore, che è artefice della differenza di pressione che permette al ciclo di funzionare (come la palla che si contrae e si espande). Il compressore aspira quindi fluido refrigerante con l’evaporatore, nel quale il fluido evapora a bassa pressione assorbendo calore, avviene poi la compressione e la spinta dello stesso nel condensatore. Qui il fluido si condensa ad una pressione alta e viene rilasciato il calore. A seguito, passato il condensatore, il fluido passa alla valvola di laminazione nel quale diventa liquido e vapore, rientra quindi nell’evaporatore e il ciclo riprende daccapo. Il fluido refrigerante cambia quindi stato nei due scambiatori, passando da liquido a gassoso nell’evaporatore e poi da gassoso a liquido nel condensatore.

Diverse fonti di energia

La pompa di calore funziona assorbendo calore da diverse fonti per questo è una scelta intelligente e che si può adattare bene in base alla funzione delle condizioni del luogo e del fabbisogno dell’utenza. Possono utilizzare per esempio l’aria, che tra tutte le tipologie di fonti è di certo la più immediata, disponibile e ha un buonissimo rapporto qualità prezzo. Comunque è necessario valutare quale sia la resa nelle regioni climatiche fredde e quali le emissioni acustiche che sono generate dal movimento dell’aria. Nel caso la fonte sia l’aria, la pompa è una pompa aria acqua, necessita di un bollitore e di un serbatoio di accumulo per contenere l’acqua di riscaldamento.

Le pompe di calore possono anche prelevare calore dal terreno, cioè dal sottosuolo per mezzo di sonde a circuito chiuso. La pompa di tipo geotermico con collettori orizzontali ha bisogno di una superficie libera ampia il doppio rispetto alla superficie dell’edificio da scaldare, in modo che le sue sonde abbiano un’area sufficiente. Questi sistemi energetici possono anche prendere calore dal sottosuolo per mezzo di una trivellazione verticale, nella quale posare le sonde ad una lunghezza di circa 100 m ognuna, dipende anche dalla potenza richiesta. La pompa geotermica necessita anch’essa di un bollitore e di un serbatoio di accumulo.

La pompa può trarre calore anche da falde oppure da pozzi, una soluzione ottima se l’acqua è a disposizione a poca profondità. Nel caso dell’acqua però bisogna prestare attenzione ai regolamenti locali vigenti e alle necessarie autorizzazioni. Prelevare calore da falde e pozzi è una soluzione molto performante. La pompa di calore in questo caso è il tipo acqua acqua, con bollitore e serbatoio come le altre.

Un’ultima fonte può essere anche di prendere il calore emesso residuo da altri processi, quindi un calore di scarto. In questo caso è necessario valutare la quantità, la temperatura e la disponibilità di questa fonte nel tempo.

Rendimento di una pompa di calore

Il rendimento viene in questo caso espresso dalla sigla COP, Coefficient of Performance, ed indica il rapporto che intercorre fra la potenza termica che l’impianto rende e la potenza elettrica spesa dalla pompa per funzionare. Se la pompa per esempio fornisce 4KW al riscaldamento di casa e sta assorbendo 1 KW, il COP è uguale a 4. Quando si acquista una pompa viene fornito il COP.

Una cosa importante è valutare il rendimento stagionale, che tiene conto delle condizioni di lavoro del macchinario nell’impianto termico. La bontà dipende da diversi fattori, tra i quali la qualità della pompa, la zona climatica di installazione, il tipo di impianto dell’utenza e anche la corretta progettazione e messa in posa dell’impianto. Il rendimento stagionale quindi dipendendo da tutti questi fattori, non è un dato che il costruttore può fornire, ma si stima solo in fase di progetto.