Pompa di calore: che cos’è e come funziona

pompa di calore

Nel dicembre del 2008 l’Unione Europea ha approvato il famoso pacchetto europeo “clima energia”, conosciuto anche come “strategia 20-20-20” poiché prevede, entro il 2020, il raggiungimento da parte degli stati membri di 3 principali obiettivi di risparmio energetico:
Ø la riduzione del 20% del consumo di energia
Ø la riduzione del 20% delle emissioni di gas serra
Ø il 20% del consumo energetico totale europeo generato da fonti rinnovabili

La direttiva 2009/28/CE ha formalizzato la “20-20-20” e ha previsto anche che gli stati dell’Unione formulino ciascuno un Piano di Azione Nazionale (PAN) per indicare le azioni che intendono porre in atto per il conseguimento dei relativi obiettivi. Per quanto riguarda il nostro paese, l’obiettivo 2020 di consumo energetico totale, in virtù della riduzione del 20%, corrisponde a un valore compreso tra i 120 e i 130 Mtep complessivi di consumo energetico: circa l’8% del totale è costituito dalla climatizzazione degli edifici, intesi come edilizia residenziale & lavorativa.

In quest’ottica emerge quindi l’esigenza di studiare e realizzare (o quantomeno favorire) le tipologie di climatizzazione a minore impatto ambientale: tra esse la climatizzazione a pompa di calore può giocare un importante ruolo per il contenimento dei consumi.

 

La Pompa di calore

La pompa di calore è un dispositivo in grado di trasferire energia termica da una sorgente a temperatura più bassa ad una sorgente a temperatura più alta o viceversa, utilizzando differenti forme di energia (di solito energia elettrica), e può essere utilizzata per raffreddare gli ambienti (“Raffrescamento“) o per riscaldarli (“Riscaldamento“). Esempi classici di pompa di calore sono il frigorifero e il condizionatore d’aria.

Tecnicamente la pompa di calore è costituita da un circuito chiuso attraversato da un fluido refrigerante che cambia di stato continuamente, passando dallo stato liquido a quello gassoso e viceversa, per creare la temperatura adatta.

Il circuito chiuso è costituito da:
Ø un compressore: in esso il fluido refrigerante allo stato gassoso e a bassa pressione, proveniente dall’evaporatore, viene compresso, assorbendo quindi una certa quantità di calore
Ø un condensatore: in esso il fluido, proveniente dal compressore, passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’esterno
Ø una valvola di espansione: passando attraverso di essa il fluido liquido si trasforma
parzialmente in vapore e si raffredda.
Ø un evaporatore: qui il fluido assorbe calore dall’esterno ed evapora completamente per poi riprendere il ciclo.

schema pompa di calore

Il condensatore e l’evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè dei tubi nei quali scorre il fluido refrigerante posti a contatto con un “fluido di servizio” (acqua o aria): questo meccanismo cede calore al condensatore e lo sottrae all’evaporatore. Nei moderni condizionatori d’aria, mediante una semplice valvola, la pompa di calore è in grado di scambiare tra loro le funzioni dell’evaporatore e del condensatore, fornendo così caldo in inverno e freddo in estate (pompa di calore Invertibile).

 

I vantaggi della pompa di calore

ll vantaggio offerto dalla climatizzazione a pompa di calore deriva dalla capacità del dispositivo di fornire più energia (calore/freddo) di quella (elettricità) impiegata per il suo funzionamento: questo perché la pompa estrae calore dall’ambiente esterno (aria o acqua) e, in base alla prima legge della termodinamica, per muovere una certa quantità di calore ci vuole meno energia rispetto a quella impiegata per produrlo. La resa della pompa di calore viene tradizionalmente misurata dal rapporto tra l’energia fornita (calore/freddo ceduti al mezzo da riscaldare/raffreddare) e l’energia elettrica consumata: questo coefficiente si chiama COP e varia a seconda  delle condizioni di utilizzo; generalmente ha un valore vicino al 3.
Questo significa che per 1kWh di energia elettrica consumato, la pompa di calore è in grado di fornire 3 kWh (pari a circa 2000 kcal) di calore.

climatizzatore

Tipologie di pompa di calore

Esistono vari tipi di climatizzatori a pompa di calore, essi si differenziano soprattutto per il tipo di Fonte termica da cui attingere:
• aria (Pompe di calore Aerotermiche)
• terreni e acque di falda (Pompe di calore Geotermiche)
• acque superficiali (Pompe di calore Idrotermiche).

Le pompe di calore si distinguono anche per il vettore energetico utilizzato: Energia elettrica (a compressione), Gas (a compressione e ad assorbimento) o Calore di recupero da residui termici industriali (ad assorbimento).

Ogni fonte termica ha i suoi pro e i suoi contro: l’aria come sorgente ha il vantaggio di essere disponibile sempre e ovunque; tuttavia è molto soggetta agli sbalzi di temperatura, che influiscono notevolmente sulla potenza della pompa di calore. Ad esempio quando l’aria esterna è molto fredda, la pompa di calore deve essere dotata di un sistema di sbrinamento che comporta un ulteriore consumo di energia. A differenza dell’aria, l’acqua come fonte termica risente meno delle condizioni climatiche esterne, ma richiede dei costi aggiuntivi per il sistema di prelievo e scarico. Infine il terreno come sorgente termica unisce tutti i vantaggi delle 2 fonti precedenti (disponibilità e temperatura costante) ma richiede costi di realizzazione elevati (interramento tubature e superfici ampie).

 

Quando conviene la pompa di calore

Non sempre l’utilizzo della pompa di calore rappresenta la soluzione ottimale per tutti gli ambienti, lo è solo quando questa consente un minor consumo rispetto alle tradizionali caldaie nel periodo invernale e abbiamo visto che quando durante l’anno si raggiungono determinate temperature (tra -2° e 2°) per lunghi periodi la resa della Pompa di calore scende tantissimo: il raffronto si fa sul riscaldamento e non sul raffrescamento perché in questo caso i consumi sono uguali sia che venga utilizzata la pompa di calore che i tradizionali sistemi di climatizzazione “solo freddo”.
Il confronto va dunque fatto tenendo conto di numerose variabili: superficie dell’ambiente da climatizzare, tasso di dispersione di calore dell’edificio, localizzazione geografica dell’utenza, costi dei combustibili e dell’energia elettrica etc.

condizionaori

Generalmente la pompa di calore conviene se impiegata per la climatizzazione estate/inverno, mentre rischia di non convenire se impiegata per solo riscaldamento: in quest’ultimo caso, semplificando al massimo, il tempo di ritorno dell’investimento può arrivare infatti ad oltre otto anni.

E voi utilizzate la pompa di calore per i vostri uffici? Con quali consumi? Scriveteci le vostre impressioni nei commenti e scoprite i nostri use case!

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