Pompe di Calore

I primi 2 impianti utilizzano la bassa temperatura per il funzionamento, quindi la pompa di calore lavorerà a regimi molto bassi e ciò comporta un consumo di energia molto basso e il massimo comfort percepito all’interno dell’abitazione.
Il 3° impianto, a ventilconvettori, utilizza un range di temperatura molto basso a raffrescamento, e un range di temperatura di circa 45/55° a riscaldamento, facilmente raggiungibili dalla pompa di calore. Anche questo impianto di distribuzione permette di avere consumi energetici molto bassi.
Il 4° impianto, a termosifoni, è quello meno consigliato quando si progetta un nuovo impianto a pompa di calore. La pompa di calore in questo caso si considera come possibile sostituzione di una caldaia e quindi senza compromettere l’impianto esistente. Qui la temperatura varia dai 55° ai 70 ° di temperatura di funzionamento, valore di consumo molto alti. Infatti sono in arrivo le nuove pompe di calore con gas R290 progettate per la maggior parte delle case italiane.

Principio di funzionamento di una pompa di calore

Il principio di funzionamento di una pompa di calore è simile a quello di un elettrodomestico che utilizziamo ogni giorno: il frigorifero. L’unica differenza è che mentre il frigorifero estrae il calore dal suo interno per mantenerlo fresco e lo rilascia nell’ambiente, la pompa di calore estrae il calore dall’ambiente per riscaldare l’interno di una casa.

La pompa di calore sfrutta un processo termodinamico basato sul passaggio di fase del refrigerante e in particolare sulla stretta correlazione tra pressione e temperatura: il compressore aumenta la pressione del vapore del refrigerante e allo stesso tempo ne aumenta anche la temperatura. In questo modo il refrigerante, condensando, riesce a scaldare l’acqua dell’impianto portandola ad un livello termico soddisfacente per contribuire al riscaldamento dell’ambiente domestico e alla fornitura di acqua calda.

Struttura e componenti di una pompa di calore

Il fluido refrigerante svolge un ruolo centrale nel funzionamento di una pompa di calore: si tratta di un fluido con un punto di ebollizione estremamente basso che subisce una serie di trasformazioni in 4 fasi all’interno dei diversi componenti del circuito chiuso del sistema. Di seguito, un’illustrazione del funzionamento di una pompa di calore durante il periodo invernale:

Fase 1: all’interno dell’evaporatore, l’energia termica dell’ambiente (dall’aria, dall’acqua o dal sottosuolo) viene trasferita al fluido refrigerante per mezzo di uno scambiatore di calore. Questo provoca l’evaporazione completa del refrigerante che ha una temperatura inferiore dell’ambiente esterno.
Fase 2: nel compressore, il refrigerante – ora in stato gassoso – viene compresso e riscaldato da un compressore azionato elettricamente.
Fase 3: nel condensatore, il fluido refrigerante, ora in stato gassoso e riscaldato, viene sottoposto a condensazione e torna allo stato liquido. In questo processo, il calore viene estratto dal gas caldo attraverso un altro scambiatore di calore e trasferito all’accumulatore di calore del sistema di riscaldamento, alla temperatura di mandata desiderata. Questo calore viene usato per scaldare l’ambiente casalingo, per esempio riscaldando l’aria dei termoconvettori o l’acqua che scorre nelle tubazioni del sistema di riscaldamento a pavimento.
Fase 4: all’interno dell‘espansore, il fluido refrigerante passa attraverso la valvola e così si raffredda, tornando nuovamente a pressione e temperatura originali.

Efficienza di una pompa di calore

L’efficienza di una pompa di calore è misurata calcolando il rapporto tra il calore a disposizione per riscaldare l’ambiente e l’energia elettrica consumata per ottenerlo. Maggiore è il rapporto, maggiore è l’efficienza della pompa di calore. A seconda della fonte di calore (aria, terra o acqua), un impianto di riscaldamento può produrre fino a 5 chilowattora di calore con 1 chilowattora di elettricità.

I fornitori di pompe di calore documentano il valore COP (Coefficient of Performance, coefficiente di prestazione) e/o un valore SCOP (Seasonal Coefficient of Performance, coefficiente di prestazione stagionale) per i loro sistemi. Come anticipato, questi valori mettono in rapporto la produzione di calore e l’energia elettrica da utilizzare per la produzione di calore. COP e SCOP sono valori determinati in condizioni di prova specifiche in laboratorio.