Che cos’è la pompa di calore.

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. Essa opera sfruttando lo stesso principio di funzionamento del frigorifero e del condizionatore, ma non deve essere assolutamente confusa con un normale condizionatore.

La differenza principale, almeno per noi che la utilizziamo in casa nostra, è tutta nel rendimento energetico, che è enormemente superiore.

Struttura e funzionamento.

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 condensatore e l’evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè tubi che sono a contatto con un fluido di servizio (acqua o aria) e nei quali scorre il fluido frigorigeno. Il fluido cede calore al condensatore e lo sottrae all’evaporatore.

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

Durante il funzionamento, il fluido frigorigeno subisce, all’interno del circuito, alcune trasformazioni:

• Compressione: il fluido frigorigeno allo stato gassoso e a bassa pressione, proveniente dall’evaporatore, viene portato ad alta pressione. Nella compressione il fluido 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.
• 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 ed evapora completamente.

L’insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo della pompa di calore: fornendo energia, attraverso il compressore, al fluido frigorigeno, questo, all’interno dell’evaporatore, assorbe calore dal mezzo circostante e, tramite il condensatore, lo cede al mezzo da riscaldare.

Efficienza della pompa di calore.

Nel corso del suo funzionamento, la pompa di calore:

• consuma energia elettrica nel compressore;
• assorbe calore nell’evaporatore, dal mezzo circostante (aria o acqua);
• cede calore al mezzo da riscaldare nel condensatore (aria o acqua).

Il vantaggio nell’uso della pompa di calore deriva dalla sua capacità di fornire più energia ambientale (65%) di quella elettrica (35%) 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 misura il rapporto tra energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare) ed energia elettrica consumata.

Il C.O.P. varia a seconda dei tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento: in genere, esprime valori prossimi a 3.

Questo vuol dire che per 1 kWh di energia elettrica consumato, verranno forniti 3 kWh (2580 kcal) 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 è la temperatura della sorgente da cui viene assorbito (nell’evaporatore). In un intervallo di temperatura compresa tra – 2°C e 2°C, la pompa di calore si disattiva per evitare una significativa riduzione delle sue prestazioni. Non va dimenticato che la potenza termica resa dalla pompa di calore dipende dalla temperatura a cui la stessa assorbe calore.

Sorgente fredda.

Il mezzo esterno da cui si estrae calore è detto “sorgente fredda”. Nella pompa di calore, il fluido frigorigeno assorbe calore dalla sorgente fredda tramite l’evaporatore.

Le principali sorgenti fredde sono:

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

Altre sorgenti possono essere costituite da:

• l’acqua accumulata in appositi serbatoi e riscaldata dalla radiazione solare;
• il terreno nel quale vengono inserite le tubazioni relative all’evaporatore.

Il pozzo caldo.

L’aria o l’acqua da riscaldare sono detti “pozzo caldo”.

Nel condensatore, 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 diverse pompe di calore.

Le pompe di calore si distinguono in base alla sorgente fredda e al pozzo caldo che utilizzano; possono essere quindi del tipo:

• Aria – Acqua
• Aria – Aria
• Acqua – Acqua
• Acqua – Aria

 

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.

Nel caso si utilizzi l’aria esterna, è necessario ( intorno a 0°c ), un sistema di sbrinamento che comporta un ulteriore consumo di energia.

Diverso e più vantaggioso, è l’impiego come sorgente fredda dell’aria interna viziata  ( aria estratta ) che deve essere comunque rinnovata.

L’acqua come sorgente fredda garantisce le prestazioni della pompa di calore senza risentire delle condizioni climatiche esterne esterne; tuttavia richiede un costo addizionale dovuto al sistema di adduzione.

Il terreno, come sorgente fredda, ha il vantaggio di subire minori sbalzi di temperatura rispetto all’aria.

Le tubazioni orizzontali vanno interrate ad una profondità minima da 1 a 1,5 metri per non risentire troppo delle variazioni di temperatura dell’aria esterna e mantenere i benefici effetti dell’insolazione.

E’ necessaria un’estensione di terreno da 2 a 3 volte superiore della superficie dei locali da riscaldare. Si tratta quindi di una soluzione costosa, sia per il terreno necessario che per la complessità dell’impianto.

Fonte: http://www.teamcrea.it/servizi/che_cosa_sono_le_pompe_di_calore.html

Pompe di calore: due esempi semplici per capire.

Leggi al link seguente il post pubblicato da Ingenio e tutto sembrerà ancora più semplice!