Pompa di calore: come funziona e quando conviene
La pompa di calore è una soluzione energetica sempre più diffusa per il riscaldamento e il raffreddamento domestico – ma come funziona esattamente? In questo articolo esamineremo il funzionamento di una pompa di calore e le sue principali caratteristiche, oltre a spiegare perché può essere una scelta conveniente.
Una pompa di calore è un sistema di riscaldamento che utilizza l'energia presente nell'aria, nell'acqua o nel terreno per produrre calore. In pratica, la pompa di calore preleva l'energia termica presente nell'ambiente esterno e la trasferisce all'interno dell'edificio da riscaldare. Il processo inverso avviene durante il periodo estivo, quando la pompa di calore può essere utilizzata anche per raffreddare gli ambienti interni.
Pompa di calore terra/acqua
Questo tipo di pompa di calore preleva il calore dal suolo attraverso un sistema di tubazioni interrate. L'energia geotermica viene utilizzata per riscaldare l'acqua o l'aria che viene quindi distribuita all'interno dell'edificio.
Dato che la temperatura del suolo rimane relativamente costante durante tutto l'anno, la pompa di calore terra/acqua ha un'efficienza energetica molto elevata.
Pompa di calore acqua/acqua
Questa tipologia preleva il calore dall'acqua sotterranea, solitamente attraverso un pozzo. Come la pompa di calore terra/acqua, l'installazione può risultare complessa a causa della necessità di perforare il terreno e richiede dunque un certo investimento economico, però una volta installato il sistema risulta altamente efficiente.
Pompa di calore aria/acqua
Questo tipo di pompa di calore utilizza l'aria esterna come fonte di calore. È una soluzione che richiede meno spazio rispetto alle altre due opzioni e può essere installata facilmente anche in edifici esistenti.
Grazie alla disponibilità dell'aria come fonte di calore, l'installazione risulta generalmente meno costosa e meno complicata rispetto alle altre due tipologie di pompa di calore.
Pompa di calore CHA
La pompa di calore CHA monoblocco di WOLF è concepita per funzionare a lungo in modo sicuro ed economico. Grazie alla notevole efficienza, al refrigerante ecologico R290 e alla silenziosità in esercizio, l'unità combina perfettamente redditività, tutela dell'ambiente e comfort.
Indipendentemente dalla fonte di calore, le pompe di calore sono costituite da diverse componenti principali: l'evaporatore, il compressore, il condensatore e la valvola di espansione.
- Evaporatore: assorbe il calore dall'ambiente esterno o dalla fonte di calore. In questa fase, il refrigerante cambia stato, diventando vapore.
- Compressore: comprime il refrigerante vaporizzato, aumentandone la pressione e la temperatura.
- Condensatore: il refrigerante si condensa, cedendo il calore assorbito all'ambiente interno.
- Valvola di espansione: riduce la pressione del refrigerante in modo che possa evaporare nuovamente nell'evaporatore.
Queste quattro componenti principali sono collegate in un circuito chiuso, dove il refrigerante circola costantemente per trasferire il calore dalla sorgente di calore al sistema di riscaldamento.
Oltre alle componenti principali, possono essere necessarie componenti specifiche a seconda della tipologia di pompa di calore, per esempio:
- un ventilatore (pompa di calore aria/acqua)
- tubi interrati (pompa di calore terra/acqua)
- un pozzo che preleva l'acqua di falda (pompa di calore acqua/acqua)
04. Come funziona la pompa di calore?
Il funzionamento di una pompa di calore si basa sull'utilizzo di un liquido refrigerante, che circola all'interno del sistema e trasferisce il calore dall'esterno all'interno dell'edificio. Durante la fase di riscaldamento, il liquido refrigerante preleva il calore dall'ambiente esterno e lo trasferisce all'interno della pompa di calore, dove viene compresso e rilasciato sotto forma di calore. Questo calore viene poi distribuito all'interno dell'edificio attraverso un sistema di riscaldamento a pavimento o a radiatori.
Esaminando come funziona una pompa di calore, è possibile distinguere quattro fasi.
Evaporazione
Nella fase di evaporazione, l'evaporatore agisce come scambiatore di calore e assorbe il calore dalla fonte di energia (aria esterna, calore geotermico o acqua di falda) senza far circolare aria o acqua nel circuito del refrigerante. In questo modo, la fonte che trasporta il calore non entra in contatto diretto con il fluido, ma scambia il calore con esso attraverso l'evaporatore. Questo è importante perché evita la contaminazione del refrigerante e garantisce un'efficienza termica elevata.
In questa fase, il refrigerante che attraversa l'evaporatore ha una temperatura compresa tra -5 e -10°C. A causa del calore prodotto dall’evaporatore si riscalda e si trasforma in vapore.
Compressione
Il liquido quindi ora è gassoso e si espande, preparandosi per la fase successiva: la compressione. Nel corso di questo processo, la temperatura del vapore sale a circa 70°C. In questa fase si verifica il consumo energetico più elevato della pompa di calore.
Condensazione
Il refrigerante, che si trova ad alta pressione, entra nel condensatore come vapore riscaldato e viene utilizzato per trasferire il calore al circuito dell'acqua di riscaldamento. Il refrigerante gassoso trasferisce il suo calore al sistema di riscaldamento e si condensa, trasformandosi in liquido: questa fase è nota anche come condensazione.
Espansione
La fase finale è quella dell’espansione, in cui la temperatura e la pressione del refrigerante devono diminuire perché il fluido ritorni al suo stato originale. Ciò avviene tramite la valvola di espansione, che riduce la pressione del refrigerante. In questo modo, il fluido si raffredda ulteriormente fino al livello iniziale per poter assorbire nuovamente calore dalla fonte. Il refrigerante raggiunge l'evaporatore e si chiude così il circuito della pompa di calore.
Il funzionamento della pompa di calore può essere invertito tramite l'aggiunta di componenti, rendendo possibile il raffrescamento dell'abitazione. Tuttavia, è importante distinguere tra raffrescamento passivo e attivo.
1. Raffrescamento passivo
Nel raffrescamento passivo, la pompa espelle il calore in eccesso nell'edificio attraverso una valvola a tre vie. Questo calore viene poi trasferito nel sottosuolo, che ha una temperatura inferiore, senza passare dalla pompa di calore. La differenza di temperatura tra il terreno o l'acqua di falda e lo spazio abitativo è sufficiente per raffrescare l'ambiente. In questo caso, solo il circuito dell'acqua di riscaldamento e il circuito della fonte di calore sono attivi.
| Pro | Contro |
Non richiede l'utilizzo del compressore, quindi il consumo energetico è molto basso. | Dipende dalla differenza di temperatura tra il terreno o l'acqua di falda e lo spazio abitativo, quindi può essere meno efficace in climi molto caldi. |
Non richiede l'installazione di componenti aggiuntivi, a parte la valvola a tre vie. | Non è possibile con una pompa di calore a sorgente d'aria. |
Può funzionare con il circuito dell'acqua di riscaldamento e della fonte di calore già esistenti. |
2. Raffrescamento attivo
Nel raffrescamento attivo, invece, la pompa di calore agisce come un'unità di raffreddamento, con il compressore in funzione. In questo caso, il circuito del refrigerante è invertito: l'energia termica viene estratta dall'interno dell'abitazione e trasferita all'esterno attraverso il secondo scambiatore di calore, che funziona ora come un evaporatore. Affinché lo stesso circuito funzioni per il raffrescamento, deve essere ampliato con una valvola a quattro vie e una seconda valvola di espansione. Questo tipo di raffrescamento può essere fornito da tutti i tipi di pompe di calore.
| Pro | Contro |
Può funzionare in qualsiasi clima. | Consuma più energia rispetto al raffreddamento passivo. |
È più efficace del raffreddamento passivo perché utilizza il compressore. | Richiede l'installazione di componenti aggiuntivi, come la valvola a quattro vie e la seconda valvola di espansione. |
Può essere utilizzato anche in caso di temperature esterne molto elevate. | Potrebbe essere più costoso da installare a causa dei componenti aggiuntivi necessari. |
Utile da sapere: Su molte pompe di calore è possibile aggiungere i componenti necessari per il raffrescamento attivo e passivo anche in un secondo momento.
Ora che abbiamo visto come funziona la pompa di calore per il riscaldamento e raffrescamento della casa, vediamo quando conviene.
La pompa di calore presenta diversi vantaggi rispetto ad altri sistemi di riscaldamento. In primo luogo, utilizza fonti di energia rinnovabili e a basso impatto ambientale, come l'aria o il terreno, riducendo l'emissione di gas serra e contribuendo alla sostenibilità ambientale. In secondo luogo, è un sistema molto efficiente dal punto di vista energetico: in media, una pompa di calore consuma circa un terzo dell'energia necessaria per produrre la stessa quantità di calore rispetto a un sistema tradizionale di riscaldamento.
Per capire se l’utilizzo di una pompa di calore conviene in un caso specifico, bisogna considerare diversi fattori:
● Il clima della zona in cui si vive. Le pompe di calore sono particolarmente efficaci in zone con inverni miti ed estati calde, in cui le temperature esterne rientrano tra i 0°C e i 35°C. In queste zone, la pompa di calore può sostituire sia l'impianto di riscaldamento che quello di raffrescamento, garantendo un notevole risparmio sui costi di energia.
● Le caratteristiche dell'edificio in cui viene installata. Le pompe di calore sono particolarmente efficaci in edifici ben isolati e con una bassa dispersione termica. Tuttavia, è possibile creare un sistema efficiente anche in edifici meno recenti: è importante consultare un esperto per un’analisi specifica
● La disponibilità di sovvenzioni e incentivi governativi per l'installazione di una pompa di calore. In molti paesi, le autorità offrono agevolazioni economiche per l'acquisto e l'installazione di pompe di calore ad alta efficienza energetica, che possono rendere l'investimento ancora più conveniente.
In sintesi, la pompa di calore è un sistema molto versatile, adatto sia a nuove costruzioni che a ristrutturazioni. Richiede una manutenzione minima e ha una lunga durata, garantendo un buon rapporto qualità e prezzo a lungo termine. Per poter beneficiare al meglio delle sovvenzioni finanziarie statali o regionali disponibili, è essenziale informarsi con cura.
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In conclusione, le pompe di calore rappresentano una soluzione sempre più diffusa e conveniente per il riscaldamento degli edifici, grazie alla loro efficienza e al rispetto dell'ambiente. La pompa di calore aria/acqua, in particolare, si distingue per la sua facilità di installazione e la sua adattabilità a quasi tutti i contesti, rendendola una scelta ideale per molte situazioni. Tuttavia, per valutare se questa tecnologia può essere un investimento conveniente per le proprie esigenze, è fondamentale consultare un'azienda specializzata che possa fornire una valutazione accurata e personalizzata.
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