LA POMPA DI CALORE

LA POMPA DI CALORE

Quando parliamo di pompa di calore innanzitutto dobbiamo immaginarci una macchina che provvede a trasportare il calore da un corpo a temperatura inferiore ad un corpo a temperatura superiore. Questo sistema, quindi, inverte il passaggio di calore che si verifica normalmente. Per capire meglio questa affermazione basta pensare a cosa succede d’inverno quando si apre la porta di casa: in poco tempo il caldo accumulato nei locali interni riscaldati fuoriesce nell’ambiente esterno, che ha una temperatura nettamente inferiore. La pompa di calore si comporta in modo analogo ad una pompa per l’acqua interposta tra due taniche collegate tra di loro, ma posizionate a quote differenti. In condizioni normali, sgorgherebbe dalla tanica superiore verso quella inferiore. Invece, grazie all’ausilio della pompa alimentata ad energia elettrica, diventa possibile trasportare l’acqua dalla tanica più in basso fino a quella posizionata più in alto.

Innanzitutto, bisogna sapere che la pompa di calore può prelevare energia dall’aria, dall’acqua di falda oppure dalla terra (queste ultime vengono chiamate pompe di calore geotermiche). La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, attraversato da un fluido (chiamato fluido frigorigeno o refrigerante) che, in base alle condizioni di pressione e temperatura, assume lo stato liquido o gassoso: i fenomeni di condensazione ed evaporazione sono sfruttati per far sì che il liquido frigorigeno assorba o ceda calore.

Tale fenomeno si articola in 4 fasi:

Evaporazione: l’evaporatore assorbe il calore dall’ambiente esterno e lo cede al liquido che circola nel sistema e che ha sempre una temperatura inferiore a quella dell’ambiente. Il liquido refrigerante ha la capacità di evaporare alle basse temperature. Per questo motivo, in questa fase, passa dallo stato liquido allo stato gassoso.

Compressione: a questo punto il refrigerante viene letteralmente compresso tramite l’utilizzo di un componente chiamato compressore. Così facendo, aumenta la pressione del gas, contenuto in uno spazio limitato. Quest’operazione ha come conseguenza un ulteriore innalzamento della temperatura. Ora il gas può essere effettivamente utilizzato in casa.

Liquefazione: in questa fase il vapore ha acquisito una temperatura davvero elevata ed è pronto per trasferire tutto il suo calore al sistema di riscaldamento della casa. Una volta ceduta l’energia, il refrigerante perde il calore accumulato e torna allo stato liquido.

Laminazione: il refrigerante, però, è ancora troppo caldo per ri-iniziare il ciclo e prelevare nuovamente altro calore. Per questo motivo passa attraverso una valvola di laminazione che ne riduce la pressione e conseguentemente la temperatura. Ora il processo può ripartire.

Fino ad ora abbiamo analizzato come funziona una pompa di calore per il riscaldamento (della casa o dell’acqua sanitaria). In realtà, questo prodotto innovativo viene utilizzato anche per rinfrescare i locali durante stagione estiva. D’estate, infatti, il ciclo appena descritto si inverte, modificando anche la direzione del flusso di calore: la nostra macchina si comporta come un frigorifero, spostando il calore fuori dalla casa. Praticamente, è possibile immettere e distribuire nella casa temperature di mandata di 20°C avendo temperature esterne fino a 40°C, grazie al circuito del freddo della pompa di calore.

Come abbiamo detto inizialmente, le pompe di calore possono prelevare e scambiare energia da diverse fonti. Nello specifico, il prelievo può avvenire tramite: aria, acqua, terreno; mentre lo scambio con i sistemi di distribuzione ed emissione può essere fatto tramite: aria, acqua.

In base agli abbinamenti si avranno poi le varie tipologie di pompa di calore. La categoria attualmente più diffusa in ambito residenziale è la pompa di calore aria-aria, in cui un motore esterno preleva energia dall’aria ambiente e la diffonde nella casa attraverso gli split. Meno conosciuta, ma pur sempre efficiente, è la pompa di calore acqua-acqua, in cui il calore presente nell’acqua di falda viene utilizzato per produrre l’acqua calda sanitaria che usiamo per lavarci. Questa tipologia ha un vantaggio notevole rispetto alle altre: l’acqua del sottosuolo, infatti, mantiene una temperatura media di 10°C-12°C, garantendo un efficienza costante durante tutto l’anno.

Negli ultimi anni c’è stato un vero e proprio boom nella diffusione della pompa di calore per il residenziale. Questo è avvenuto soprattutto perché tale tipo di impianto garantisce un notevole risparmio energetico e ha un impatto inferiore sull’ambiente rispetto agli impianti tradizionali. Tuttavia, ci sono delle casistiche in cui la pompa di calore non è la soluzione migliore.

La prima cosa da sapere sulla pompa di calore è che questa macchina dà i risultati migliori quando lavora in bassa temperatura: ciò significa che la temperatura di mandata del vettore energetico non deve superare certi valori standard e dipende dal sistema di erogazione che verrà abbinato alla pompa di calore.

Proprio per questo motivo, la combinazione ottimale è quella fra pompa di calore e riscaldamento a pavimento. Infatti, il sistema radiante lavora a temperature che si aggirano sui 35°C circa. Un’altra opzione è quella di scegliere come sistemi di erogazione del calore, i cosiddetti fancoil o ventilconvettori, che lavorano a temperature non superiori i 50°C.

Ricollegandosi al paragrafo precedente, è facile capire che un sistema di riscaldamento a pavimento, che lavora con una temperatura di mandata bassa, deve essere inserito in un involucro edilizio ben coibentato. Per esempio, una casa ben isolata con la posa di un cappotto e dei serramenti in doppio o triplo vetro, ha bisogno di un quantitativo di calore inferiore rispetto ad un’abitazione poco isolata.

Le caldaie sovradimensionate e i caloriferi ad alta temperatura che venivano installati nelle case del passato, servivano principalmente a fronteggiare le dispersioni di calore, che si verificano in prossimità dei serramenti e dei punti di giunzione. L’unico modo per eliminare l’aria fredda che entra da questi spifferi era quello di far funzionare al massimo il sistema di riscaldamento.

Questo sistema ha avuto due impatti negativi principali:

Il primo è stato l’inquinamento dell’atmosfera, dovuto alle ingenti quantità di anidride carbonica e monossido di carbonio prodotti dal funzionamento degli impianti di riscaldamento tradizionali.

Il secondo è stato l’elevato costo delle bollette, dovuto al funzionamento esagerato degli impianti di riscaldamento.

Viene da sé che una pompa di calore inserita in un involucro edilizio con dispersioni termiche elevate, non riuscirebbe a soddisfare il fabbisogno richiesto per la climatizzazione (riscaldamento/raffrescamento). Al contrario, all’interno di una casa ben isolata, dove le dispersioni sono ridotte al minimo, soddisferà le esigenze di qualsiasi utente e garantirà un elevato livello di comfort ambientale. Quindi, se si sceglie un impianto in pompa di calore è importante assicurarsi di aver già eliminato le dispersioni termiche sull’involucro della tua casa.

Quando si costruisce la propria abitazione oppure si fa una ristrutturazione importante, la pompa di calore è, quasi sicuramente, la soluzione adatta alle tue esigenze. Come già ribadito, la funzionalità di questo tipo di impianto è che in un sistema unico si possono svolgere tre diversi compiti principali:

riscaldamento, raffrescamento, produzione di acqua calda sanitaria.

Inevitabilmente, se si sceglie una pompa di calore completa per la climatizzazione dell’abitazione, bisognerà avere uno spazio adeguato all’installazione. La pompa di calore, infatti, ha un ingombro maggiore di una caldaia tradizionale. Tuttavia, non è necessario installare altri impianti aggiuntivi (come, per esempio, i condizionatori) perché farà tutto la pompa di calore. Inoltre, gli standard normativi per le nuove costruzioni obbligano (fortunatamente) a raggiungere altissimi valori di prestazione energetica e ad utilizzare impianti alimentati da fonti rinnovabili per realizzare edifici ad energia quasi zero (NZEB). Di conseguenza, un edificio in costruzione avrà sicuramente un involucro altamente isolato, che si presta benissimo all’installazione della pompa di calore.

Sempre più spesso, l’installazione della pompa di calore viene proposta agli utenti che possiedono già un impianto fotovoltaico per la propria casa. Perché?

La risposta è semplice: come spiegato nell’articolo “come funziona una pompa di calore“, la pompa di calore necessita di una quantità minima di energia elettrica per mettere in atto il meccanismo ciclico di assorbimento dell’energia termica. Quindi, è possibile assimilare la propria pompa di calore ad un elettrodomestico aggiuntivo dell’appartamento. Inoltre, questa macchina è fatta per funzionare con basse temperature, in modo costante durante l’arco della giornata. A questo punto è facile capire il vantaggio dell’accoppiata fotovoltaico-pompa di calore. In un’abitazione in cui sono installate una pompa di calore ed un impianto fotovoltaico, la pompa di calore può utilizzare l’energia elettrica prodotta dai pannelli fotovoltaici durante per raffrescare i locali, senza il bisogno di prelevare energia costosa dalla rete elettrica.

Fonti: principi e fondamenti di termodinamica