POMPE DI CALORE: Cosa sono e come funzionano

Le pompe di calore sono macchine che trasferiscono calore da una sorgente fredda ad una calda sfruttando energia meccanica. In questo post vedremo più nel dettaglio le diverse tipologie di pompe di calore in commercio e il loro principio di funzionamento.

Il ciclo termodinamico alla base del funzionamento di una pompa di calore è il ciclo a compressione di vapore, un ciclo in cui il fluido frigorigeno (o refrigerante) opera fra due livelli di pressione diversi. 

Se opera dal livello dell’evaporatore, il fluido frigorigeno riceve calore dall’ambiente a temperatura minore, passando così dallo stato di liquido a quello di vapore. Il compressore, alimentato elettricamente, ne aumenta pressione e temperatura e lo invia al condensatore. Mentre, al livello del condensatore il fluido frigorigeno condensa, rilasciando così calore all’ambiente a temperatura maggiore, tornando poi allo stato di liquido. Dopodiché esso viene inviato nuovamente all’evaporatore attraverso una valvola di laminazione che ne riduce drasticamente temperatura e pressione, e il ciclo può ricominciare.

Questo meccanismo è un trasferimento di calore dall’evaporatore al condensatore a fronte di un consumo di energia elettrica (per alimentare il compressore). Tanto più efficiente è la pompa di calore, più calore riesce a trasferire consumando poca energia elettrica. In particolare l’efficienza del ciclo incrementa al diminuire della temperatura della sorgente calda e all’aumentare della temperatura della sorgente fredda.

Nella loro versione detta “invertibile”, le pompe di calore possono essere utilizzate per soddisfare sia le esigenze di riscaldamento in inverno (trasferendo calore dall’esterno all’interno della casa), sia quelle di raffrescamento in estate (trasferendo calore dall’interno all’esterno). Ciò è possibile effettuando un’inversione di ciclo, ovvero scambiando i ruoli di condensatore ed evaporatore.

In commercio esistono svariate tipologie di pompe di calore, classificate in base al fluido “lato utente” (quello che circola nelle nostre case) e al fluido “lato sorgente”, ovvero in base ai due fluidi che si trovano alle estremità della macchina.

Il fluido “lato sorgente” maggiormente impiegato è l’aria esterna, in vista della sua disponibilità ed economicità. Tuttavia presenta lo svantaggio che in corrispondenza di un incremento del fabbisogno si riducono le prestazioni della pompa di calore. Ad esempio infatti, in inverno, al diminuire della temperatura esterna diminuisce l’efficienza della macchina (per quanto visto prima) in contrasto con l’aumentare del nostro fabbisogno di calore. Analogo ragionamento vale in estate.

Altro fluido utilizzabile è l’acqua, che può provenire da pozzi, falde, bacini superficiali, fiumi, etc. ed essere prelevata e poi re-immessa in sito attraverso un circuito aperto, oppure l’acqua di un circuito chiuso che circola in sonde geotermiche sfruttando come sorgente termica il terreno. L’utilizzo di acqua come fluido “lato sorgente” offre il vantaggio che essa mantiene all’incirca costante tutto l’anno la propria temperatura, by-passando il problema del calo di prestazioni visto prima con l’aria.

Per quanto riguarda invece il fluido “lato utenza”, distinguiamo tra impianti così detti “ad espansione diretta” ed impianti ad acqua.

Gli impianti ad espansione diretta sono costituiti dai classici condizionatori split all’interno dei quali circola direttamente il fluido frigorigeno. Essi rappresentano la soluzione più semplice e più comune negli edifici esistenti.

Gli impianti ad acqua invece presentano come terminali d’impianto unità quali pannelli radianti, travi attive o ventilconvettori, all’interno dei quali circolano le tubazioni dell’acqua riscaldata o raffreddata precedentemente dal fluido frigorigeno in uno scambiatore a monte.

A secondo quindi delle tipologie di fluido che si utilizza, le pompe di calore si identificano con la nomenclatura “sorgente-utenza”, ad esempio una pompa di calore che utilizza aria come sorgente e acqua come utenza sarà chiamata “pompa di calore aria-acqua” e così via.

In sintesi, esistono svariate tipologie di pompe di calore che possono soddisfare le vostre necessità di solo riscaldamento, solo raffrescamento o entrambe. Per sapere quale meglio si adatta alle vostre esigenze rivolgetevi ad un tecnico specializzato che saprà guidarvi nella scelta. Inoltre l’installazione di pompe di calore rientra tra gli interventi che accedono alle detrazioni fiscali , ragione in più per cui può essere vantaggioso installarle, ma sempre facendosi seguire da un esperto.