La pompa di calore rappresenta un mezzo per migliorare il livello di comfort degli ambienti abitativi e di lavoro. Consente di conseguire significativi risparmi energetici e quindi economici per l’utente.

La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta, utilizzando energia elettrica. Il principio di funzionamento è lo stesso principio del frigorifero e del condizionatore d’aria. La pompa di calore potrà pertanto essere utilizzata sia per il condizionamento, sia per il riscaldamento residenziale.

Come è fatta e come funziona

La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, percorso da uno speciale fluido (frigorigeno) che, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore.

Il circuito chiuso è costituito da:

  • un compressore;
  • un condensatore;
  • una valvola di espansione;
  • un evaporatore;
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Schema del funzionamento di una pompa di calore

Funzionamento

Nel funzionamento il fluido frigorigeno all’interno del circuito subisce le seguenti trasformazioni:

Compressione: il fluido frigorigeno allo stato gassoso e a bassa pressione, proveniente dall’evaporatore, viene portato ad alta pressione. Nella compressione si riscalda assorbendo una certa quantità di calore.

Condensazione: il fluido frigorigeno, proveniente dal compressore, passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’esterno (sotto forma di acqua calda per radiatori o termoconvettori).

Espansione: passando attraverso la valvola di espansione il fluido frigorigeno liquido si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda.

Evaporazione: il fluido frigorigeno assorbe calore dall’esterno (dall’aria, dall’acqua o dal terreno) ed evapora completamente.

Efficienza della pompa di calore

Il vantaggio nell’uso di una pompa di calore deriva dalla sua capacità di fornire più energia (calore) di quella elettrica impiegata per il suo funzionamento, in quanto estrae calore dall’ambiente esterno (aria-acqua-terreno).

L’efficienza di una pompa di calore è misurata dal coefficiente di prestazione “COP”, che è il rapporto tra energia fornita al sistema di riscaldamento ed energia elettrica consumata.

Il COP è variabile a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento e ha, in genere, valori prossimi a 3. Questo vuol dire che per 1 kWh di energia elettrica consumato, fornirà 3 KWh di calore al mezzo da riscaldare.

I diversi tipi di pompe di calore

Le pompe di calore si distinguono in base alla sorgente fredda e al pozzo caldo che utilizzano. I casi standard per il riscaldamento residenziale sono:

Pompa di calore tradizionale aria-acqua esterna

ARIA-ACQUA: La classica pompa di calore ubicata all’ esterno dell’abitazione. Utilizza l’aria esterna come sorgente fredda e cede il calore al sistema di riscaldamento tradizionale o a pavimento. L’aria come sorgente fredda ha il vantaggio di essere disponibile ovunque, tuttavia la potenza resa dalla pompa di calore diminuisce con la temperatura della sorgente. Questo significa che la pompa di calore lavora meglio quando le temperature esterne sono miti.

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ACQUA-ACQUA: La pompa di calore geotermica utilizza l’acqua come sorgente fredda (lago, fiume, pozzo di falda). L’acqua come sorgente fredda garantisce le prestazioni della pompa di calore senza risentire delle condizioni climatiche esterne. Tuttavia è un sistema abbastanza costoso da installare.

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TERRA-ACQUA: La pompa di calore con pozzo senza acqua o tubi interrati orizzontalmente nel terreno. Il terreno come sorgente fredda ha il vantaggio di subire minori sbalzi di temperatura rispetto all’aria. Le tubazioni orizzontali vanno interrate a una profondità da 1 a 1,5 metri per non risentire troppo delle variazioni di temperatura dell’aria esterna. E’ necessaria una estensione di terreno da 2 a 3 volte superiore alla superficie dei locali da riscaldare.

ARIA-ARIA: Pompa di calore che corrisponde al classico climatizzatore interno.

Riscaldamento degli ambienti e dell’acqua sanitaria

La pompa di calore può essere utilizzata per la produzione di calore per il riscaldamento degli ambienti e dell’acqua sanitaria. In questo caso vanno valutati gli aspetti economici rispetto ai sistemi tradizionali quali caldaie e scaldabagni elettrici o a gas.

Per il riscaldamento degli ambienti gli impianti possono essere di tipo:

  • Monovalente
  • Bivalente

Si utilizza la configurazione monovalente quando la pompa di calore è in grado di coprire interamente il fabbisogno termico necessario al riscaldamento degli ambienti. Se la pompa di calore usa come sorgente l’aria esterna, questa configurazione è adottabile nelle zone climatiche dove la temperatura esterna raramente scende sotto 0 °C.

In caso contrario si deve realizzare un sistema bivalente, costituito dalla pompa di calore e da un sistema di riscaldamento ausiliario, cioè una caldaia tradizionale che copra il fabbisogno termico quando la temperatura dell’aria scende al di sotto degli 0°C.

Per il riscaldamento dell’acqua sanitaria occorrono serbatoi di accumulo più grandi di quelli impiegati nei normali scaldacqua in quanto la temperatura dell’acqua prodotta non supera i 55°C.

Per un funzionamento ottimale il sistema di riscaldamento deve essere dimensionato correttamente. Questo comporta che con una temperatura esterna di -6°C, e una temperatura dell’acqua di massimo 55°C, deve essere possibile mantenere una temperatura degli ambienti interni di 20°C. Pertanto il dimensionamento dell’impianto a pompa di calore richiede un’accurata valutazione del fabbisogno di calore: una valutazione in eccesso, con sovradimensionamento della pompa di calore, comporta un incremento dei costi di impianto e quindi una riduzione dei vantaggi economici che derivano dal suo impiego.

Scelta della pompa di calore

Nella scelta della pompa di calore occorre considerare:

  • le caratteristiche climatiche del luogo in cui viene installata;
  • le caratteristiche dell’edificio;
  • le condizioni di impiego;

Le caratteristiche climatiche hanno importanza sopratutto qualora la sorgente fredda sia l’aria esterna; si può infatti avere, durante il periodo invernale, la formazione di brina sull’evaporatore, con conseguente cattivo scambio termico. Per ovviare a questo inconveniente la pompa di calore è dotata di un dispositivo di sbrinamento, ad esempio una resistenza elettrica. Questo problema non si presenta se si utilizza aria estratta o acqua come sorgente fredda.

Le caratteristiche tipologiche dell’edificio influenzano altresì la scelta del tipo di pompa di calore, ad esempio:

  • in un appartamento vanno valutati gli spazi necessari per l’installazione e l’opportunità di utilizzare sistemi monoblocco o “split”;
  • nelle case monofamiliari la pompa di calore può essere installata fuori, o alternativamente in cantina o nel locale caldaia. In questo caso, rumore e condensa legati alla pompa di calore non danno problemi e la vicinanza di una caldaia tradizionale può renderne possibile l’impiego bivalente;

I vantaggi di una pompa di calore

  • tecnologia matura e comprovata
  • abbattimento dei costi fino al 50% rispetto agli impianti tradizionali
  • fonte rinnovabile con riduzione delle emissioni di CO2 fino al 60% rispetto ai sistemi tradizionali
  • comfort tutto l’anno, o quasi
  • funzione automatica senza preoccupazioni
  • integrazione con il sistema di riscaldamento esistente
  • potrà essere combinata con pannelli solari e/o fotovoltaici.