Pompe di calore e Geotermia

Principio di funzionamento
Le pompe di calore funzionano grazie a diversi principi fisici, ma sono classificate in base alla loro applicazione (trasmissione di calore, fonte di calore, dispersore di calore o macchina refrigeratrice).

Come funziona
Si immaginino 100 unità di energia termica all'interno di un pallone; questo viene compresso fino a raggiungere le dimensioni di una pallina da ping pong: questa pallina contiene le stesse unità di energia, ma l'energia termica per unità di volume è maggiore e la temperatura dell'aria all'interno della palla è aumentata.
Le pareti della pallina si riscaldano e quindi il calore inizia a trasferirsi all'esterno. Per portare questo calore in un altro luogo, si può immaginare di muovere la pallina in una zona fredda, dove essa gradualmente aggiusterà la sua temperatura fino a uguagliare la temperatura dell'ambiente: in questo processo s'ipotizza che essa trasferisca 50 unità di energia termica.

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Dopo che la pallina si è raffreddata, la si può riportare nella zona iniziale e lasciarla espandere. Dato che ha perso calore, nel momento in cui torna alle dimensioni di un pallone, la sua temperatura è troppo bassa e quindi inizia ad assorbire energia termica, raffreddando l'aria circostante.

Il compressore di una pompa di calore crea proprio la differenza di pressione che permette il ciclo (similmente alla palla che si espande e si contrae): esso aspira il fluido refrigerante attraverso l'evaporatore, dove il fluido stesso evapora a bassa pressione assorbendo calore, lo comprime e lo spinge all'interno del condensatore dove il fluido condensa ad alta pressione rilasciando il calore assorbito. Dopo il condensatore, il fluido attraversa la Valvola di laminazione che lo porta in condizione liquido/vapore (riduce la pressione del fluido), successivamente rientra nell'evaporatore ricominciando il ciclo. Il fluido refrigerante cambia di stato all'interno dei due scambiatori: passa nell'evaporatore da liquido a gassoso, nel condensatore da gassoso a liquido.

 

Esistono diverse tipologie d'impianto termico basato sulle pompe di calore. A seconda della fonte di calore utilizzata per l'evaporazione del liquido refrigerante, si parla d'impianti aria, acqua, acqua di falda e sottosuolo. Più in generale quando la sorgente proviene dal terreno (o dalla falda) si parla d'impianti geotermici.

Le pompe di calore ad aria presentano rendimenti inferiori rispetto alle pompe di calore che utilizzano altre sorgenti, come il terreno o l'acqua. Questo è un fattore che va attentamente considerato: infatti, se da un lato le pompe ad aria hanno dei costi molto accessibili, dall'altro devono essere valutati tutti i reali benefici in termini di risparmio energetico e di comfort termico.

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Il risparmio energetico
L'applicazione delle pompe di calore nella climatizzazione ambientale può essere economicamente conveniente poiché comporta un minor tempo di ammortamento dell'impianto grazie ai maggiori risparmi energetici e al fatto di dover ricorrere a un unico impianto per il riscaldamento invernale e il raffrescamento estivo.

L'integrazione con le fonti rinnovabili
Per il riscaldamento, la climatizzazione e la produzione di acqua calda sanitaria di unità abitative (dalla villetta fino al condominio), la soluzione migliore attualmente sul mercato è quella che comporta uno sfruttamento completo dell'energia solare. La combinazione di solare termico, fotovoltaico e pompa di calore aria-acqua permette di utilizzare l'energia del sole in forma sia diretta, sia indiretta con grandi vantaggi in termini di eco compatibilità, risparmio energetico e dei costi di esercizio.

In particolare:

  • La pompa di calore estrae il calore presente nell'ambiente esterno per il riscaldamento/raffrescamento ambiente e l'acqua calda sanitaria
  • Il solare termico copre parte del fabbisogno di acqua calda sanitaria e offre anche un'integrazione al riscaldamento degli ambienti
  • Il fotovoltaico produce l'energia elettrica necessaria al funzionamento della pompa di calore

L'abbinamento di fotovoltaico alla pompa di calore consente di moltiplicare l'energia prodotta tramite fotovoltaico. Se produciamo un kWh elettrico con il fotovoltaico e disponiamo di una pompa di calore altamente performante con COP (coefficiente di performance) pari a 4 possiamo produrre gratuitamente 4 kWh termici di calore da utilizzare per il riscaldamento ambiente o la produzione di acqua calda sanitaria.

 

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