La pompa di calore

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La pompa di calore è una macchina che, al contrario di quanto avviene spontaneamente, trasferisce calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un ambiente a temperatura più alta: l’esempio classico è costituito dal frigorifero o dal condizionatore d’aria d’estate.

L’utilizzo della pompa di calore è sempre più diffuso grazie al notevole miglioramento delle prestazioni energetiche e ai risparmi che si possono ottenere con il suo impiego.

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.

 

Nel funzionamento, il fluido frigorigeno all’interno del circuito, passa dallo stato liquido allo stato gassoso e viceversa, e, grazie all’ energia elettrica che muove il compressore, sottrae calore all’ambiente freddo e lo cede all’ambiente a temperatura maggiore, esattamente come avviene in un frigorifero, dove l’ambiente freddo è all’interno, quello caldo all’esterno.

I componenti del circuito possono essere sia raggruppati in un unico blocco, sia divisi in due parti (sistemi “SPLIT”) raccordate dai tubi nei quali circola il fluido frigorigeno.

Il vantaggio nell’uso della 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).

L’efficienza di una pompa di calore è misurata dal coefficiente di prestazione “C.O.P.” che è il rapporto tra energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare) ed energia elettrica consumata.

Il C.O.P. è variabile a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento ed 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. Il C.O.P. sarà tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura a cui il calore viene ceduto (nel condensatore) e quanto più alta quella della sorgente da cui viene assorbito (nell’evaporatore).

Le moderne pompe di calore possono arrivare a valori di COP superiori a 5, con evidenti vantaggi sui costi di gestione dell’impianto.

Va tenuto conto però che la potenza termica resa dalla pompa di calore dipende dalla temperatura a cui la stessa assorbe calore. Le più moderne pompe di calore riescono ad avere un rendimento accettabile anche per temperature dell’ambiente freddo inferiori a -5° C.

Il mezzo esterno da cui si estrae calore è detto sorgente fredda. Nella pompa di calore il fluido frigorigeno assorbe calore dalla sorgente fredda. Le principali sorgenti fredde sono:

  • ·l’aria: esterna al locale dove è installata la pompa di calore oppure estratta dal locale dove è installata la pompa di calore
  • ·l’acqua: di falda, di fiume, di lago quando questa è presente in prossimità dei locali da riscaldare e a ridotta profondità.

Altre sorgenti possono essere costituite da:

  • ·acqua accumulata in serbatoi e riscaldata dalla radiazione solare
  • ·terreno, nel quale vengono inserite le tubazioni relative all’evaporatore.

L’aria o l’acqua da riscaldare, che a loro volta servono per riscaldare l’ambiente da climatizzare, sono detti pozzo caldo. All’interno della pompa di calore, il fluido frigorigeno cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente fredda che l’energia fornita dal compressore.

Il calore può essere ceduto all’ambiente attraverso:

  • ·ventilconvettori, costituiti da armadietti nei quali l’aria viene fatta circolare sopra corpi scaldanti;
  • ·serpentine inserite nel pavimento, nelle quali circola acqua calda;
  • ·canalizzazioni, che trasferiscono direttamente il calore prodotto dalla pompa di calore ai diversi locali.

LE APPLICAZIONI

Le possibili applicazioni della pompa di calore sono:

CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI

È ormai attuale l’applicazione della pompa di calore per la climatizzazione degli ambienti nel settore residenziale e nel terziario, in alternativa ai sistemi convenzionali composti da refrigeratore più caldaia. La stessa macchina infatti, mediante una semplice valvola, è in grado di scambiare tra loro le funzioni dell’evaporatore e del condensatore, fornendo così calore in inverno e freddo in estate (tipo Invertibile).

L’applicazione della pompa di calore alla climatizzazione ambientale (riscaldamento + raffrescamento) è la più conveniente poiché comporta un minor tempo di ammortamento del costo d’impianto rispetto ad un utilizzo per il solo riscaldamento.

Nel caso di edifici esistenti, l’applicazione della pompa di calore per il condizionamento degli ambienti, sia invernale che estivo, richiede un intervento di ristrutturazione dell’intero impianto termico ed elettrico, con conseguente maggior costo.

Diverse sono le applicazioni della pompa di calore nei settori terziario e industriale, ad esempio: la climatizzazione delle piscine, l’essiccazione e processi tecnologici a bassa temperatura nell’industria agro-alimentare, ecc.

RISCALDAMENTO DEGLI AMBIENTI E DELL’ACQUA SANITARIA

La pompa di calore può essere utilizzata anche per la sola produzione di calore e per il riscaldamento degli ambienti e dell’acqua sanitaria.

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, tale configurazione è adottabile nelle zone climatiche dove la temperatura esterna scende raramente sotto ai 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 si mantiene rigida er parecchi giorni all’anno.

Per il riscaldamento dell’acqua sanitaria occorrono serbatoi di accumulo più grandi di quelli impiegati nei normali scaldacqua in quanto la temperatura del1’acqua prodotta non supera i 55° C.

DIMENSIONAMENTO

Il dimensionamento dell’impianto a pompa di calore richiede un’accurata valutazione dei fabbisogni 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. È bene perciò che il dimensionamento venga valutato da un tecnico qualificato.

CLIMATIZZAZIONE

Una pompa di calore a ciclo invertibile ha una capacità di raffrescamento di poco inferiore a quella di riscaldamento, pertanto il dimensionamento dell’impianto di climatizzazione va fatto, in generale, sulle esigenze di raffrescamento.

RISCALDAMENTO DEGLI AMBIENTI

Il fabbisogno di calore dipende dalla localizzazione geografica dell’utenza: particolare attenzione va posta per le pompe di calore che impiegano l’aria quale sorgente esterna, in quanto il calore erogato diminuisce al diminuire della temperatura di questa.

RISCALDAMENTO DELL’ACQUA SANITARIA

Il fabbisogno medio giornaliero di acqua calda sanitaria a 45 °C e spresso in litri/giorno è uno dei criteri di scelta dello scaldacqua a pompa di calore. Tale fabbisogno è riportato nella seguente tabella:

NUMERO DI PERSONE

FABBISOGNO MEDIO ACQUA CALDA A 45°C litri/giorno

1 – 2

70 – 140

5 – 5

190 – 270

6 – 8

310 – 370

 

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