Le pompe di calore elettriche sono tecnologie in grado di utilizzare energie rinnovabili in diverse forme: energia termica, prelevata dall’aria, dall’acqua o dal terreno, e energia elettrica che può essere direttamente fornita tramite impianti a fonti rinnovabili.
Sommario
PERCHÉ LE POMPE DI CALORE “ELETTRICHE”
Le pompe di calore elettriche funzionano generalmente con tecnologia detta “a compressione”: si basano cioè sul fatto che, comprimendo un fluido, se ne ottiene anche l’incremento di temperatura. Per comprimere il fluido, ovviamente, occorre fornire energia. Le pompe di calore elettriche utilizzano a questo scopo energia elettrica e, pertanto, possono funzionare con elettricità prodotta da fotovoltaico o altri impianti a fonti rinnovabili.
La diffusione delle pompe di calore genera benefici anche a livello di comunità: evitando la combustione locale di gas (gpl o gasolio) si hanno minori emissioni di gas a effetto serra e altri inquinanti all’interno delle città.
COME FUNZIONA UNA POMPA DI CALORE ELETTRICA
Una pompa di calore a compressione può essere rappresentata come un insieme di quattro elementi principali: il compressore, due scambiatori di calore e una valvola di espansione. I quattro elementi sono collegati da un circuito chiuso nel quale scorre il fluido frigorigeno o refrigerante.
Il meccanismo di funzionamento si basa su quattro fasi di lavoro in cui cambia lo “stato” del fluido termovettore:
| 1. COMPRESSIONE | il fluido allo stato di vapore viene compresso: aumentano così sia la sua pressione che la temperatura. |
| 2. PRIMO SCAMBIO DI CALORE TRAMITE CONDENSAZIONE | il fluido compresso condensa fino a diventare completamente liquido, cedendo calore all’esterno (quindi o riscaldando l’ambiente per una funzione di riscaldamento o smaltendo il calore nell’ambiente esterno per una funzione di raffrescamento). |
| 3. LAMINAZIONE | la valvola di laminazione diminuisce la pressione e consente al liquido di espandersi, iniziando a evaporare nuovamente. |
| 4. SECONDO SCAMBIO DI CALORE TRAMITE EVAPORAZION | il fluido evapora del tutto prelevando calore dall’aria (ambiente esterno in caso di riscaldamento, ambiente interno in caso di raffrescamento) |
Questo ciclo è invertibile con dei semplici accorgimenti tecnici, di conseguenza la pompa di calore è una macchina che naturalmente si presta a un utilizzo continuo durante tutto l’anno essendo capace sia di riscaldare che di raffrescare un ambiente.
I VANTAGGI DELLA POMPA DI CALORE ELETTRICA
Le pompe di calore sono state inizialmente installate per il solo condizionamento estivo. L’evoluzione tecnologica oggi consente di applicarle anche (o unicamente) come impianti termici, con numerosi e importanti vantaggi:
- Utilizzano energia rinnovabile, garantendo in questo modo elevate prestazioni, con una positiva riduzione dei consumi e del costo della bolletta energetica
- Utilizzano diverse fonti di energia rinnovabile (contenuta in aria, acqua o terreno), applicandosi al meglio al contesto e alle specificità dell’impianto
- Il singolo utilizzatore con una pompa di calore può climatizzare la propria abitazione o ufficio e produrre acqua calda sanitaria tutto l’anno con un unico impianto
- Richiedono un allestimento dell’impianto limitato (in particolare le pompe di calore aerotermiche)
- Possono essere allacciate a diversi impianti e terminali di distribuzione, a bassa (impianti radianti), media (fan coils) e alta temperatura (radiatori)
- Possono integrare impianti di riscaldamento esistenti aumentandone l’efficienza termica stagionale complessiva
- Possono essere vantaggiosamente utilizzate in diverse tipologie di utenza, non solo quindi nel domestico di piccola taglia, ma anche nel residenziale centralizzato, nel commerciale, nel terziario e nell’industria
- Grazie alla loro efficienza, hanno tempi di ammortamento dell’investimento di pochissimi anni.
- La tecnologia della pompa di calore si interfaccia benissimo con una gestione domotica della propria abitazione e l’Internet of Things: in futuro sarà sempre più facile climatizzare la propria abitazione solo quando necessario minimizzando così i consumi e i costi, ma senza rinunciare al comfort.
ESEMPI DI APPLICAZIONI
Le pompe di calore possono essere adattate a numerosi campi di applicazione grazie all’ampio spettro di potenze e temperature ottenibili, alle tipologie di fluidi al loro interno e alla possibilità di alimentazione anche con fonti energetiche rinnovabili o di scarto. Dalle applicazioni domestiche a quelle industriali, dalle finalità di climatizzazione di ambienti ai processi produttivi, la tecnologia della pompa di calore è molto versatile: viene impiegata in prodotti con funzionalità e forme costruttive adatte alle diverse destinazioni d’uso dell’edificio in cui vengono inserite.
ESEMPIO RESIDENZIALE: pompa di calore elettrica aria-acqua (cioè di tipo di tipo idronico).
Funzioni: riscaldamento, raffrescamento, produzione acqua calda sanitaria con accumulo.
Caratteristiche: impiega acqua come fluido vettore, possono essere impostati diversi livelli di temperatura in base ai terminali impiegati (radiante oppure ventilconvettori), silenziosità.
ESEMPIO DIREZIONALE: sistema a espansione diretta, basato su pompa di calore elettrica aria-aria, di tipo VRF (flusso refrigerante variabile) a recupero di calore.
Funzioni: riscaldamento, raffrescamento.
Caratteristiche: serve contemporaneamente utenti diversi, consente riscaldamento e raffrescamento contemporanei in zone diverse dell’edificio con trasferimento di energia, progettazione e installazione standardizzate.
ESEMPIO COMMERCIALE: pompa di calore elettrica aria-aria, di tipo monoblocco rooftop.
Funzioni: riscaldamento, raffrescamento, rinnovo dell’aria e recupero energetico, raffrescamento gratuito (freecooling).
Caratteristiche: sezioni ventilanti idonee per le lunghe canalizzazioni impiegate nelle grandi superfici per distribuire l’aria climatizzata, costruzione monoblocco rapida da installare.
FONTE: Assoclima. Libro bianco sulle pompe di calore. Terza edizione. Luglio 2020.
