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Come funzionano le pompe di calore elettriche per il riscaldamento

Il punto di vista del termotecnico sui principi di funzionamento e le tipologie più diffuse di pompe di calore elettriche

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Le politiche di contenimento energetico, e quindi la necessità di integrare il fabbisogno di energia termica con fonti energetiche rinnovabili, ha determinato l’impiego sempre più crescente delle pompe di calore.

Spesso si ricorre all’utilizzo di pompe di calore in abbinamento ai generatori di calore più standardizzati, come le caldaie a condensazione per ottenere impianti ibridi.

Talvolta le pompe di calore costituiscono l’unico generatore di calore atto a soddisfare il fabbisogno di energia per il riscaldamento e per l’acqua calda sanitaria.

La pompa di calore è in grado di acquisire calore da una sorgente fredda (per esempio l’aria esterna) e quindi trasferirlo ad un ambiente a temperatura più calda (per esempio accumulo interno di acqua).
La pompa di calore si compone di quattro elementi fondamentali: un compressore, un condensatore, una valvola di espansione e un evaporatore.

Attraverso un ciclo frigorifero che comprende una compressione, una condensazione, un’espansione e un’evaporazione, è possibile trasferire il calore da una sorgente fredda ad un pozzo a temperatura più calda.

Il COP (coefficient of performance) è rappresentato dal rapporto tra potenza termica trasferita alla sorgente calda e la potenza elettrica assorbita.

Il valore di COP, così come la potenza elettrica assorbita e la potenza termica di una pompa di calore, dovranno riferirsi a due temperature di riferimento: pozzo caldo e sorgente fredda.

Il vantaggio nell’uso della pompa di calore è rappresentato dal fatto che la stessa trasferisce più energia rispetto a quella elettrica assorbita, in quanto è in grado di acquisire il calore anche dalla sorgente fredda.

Esistono svariate tipologie di pompe di calore il cui nome varia in base al tipo di sorgente fredda e di pozzo caldo impiegati.

Le pompe di calore possono essere anche reversibili e quindi in grado di produrre acqua o aria refrigerata per il raffrescamento estivo.

Le principali sorgenti impiegate per acquisire il calore sono le seguenti:
• Terreno (geotermia)
• Acqua (falda, fiume o altro)
• Aria (esterna)

Mediante un condensatore il calore viene trasferito al pozzo caldo (aria o acqua).
Le principali pompe di calore presenti sul mercato sono le seguenti:
• Aria-acqua
• Aria-aria
• Acqua-acqua
• Acqua-aria
• Terra-acqua

Le sorgenti fredde che in minor modo risentono delle condizioni climatiche esterne sono il terreno e l’acqua.

Le pompe di calore che impiegano queste sorgenti (come ad esempio pompe di calore in geotermia oppure del tipo acqua-acqua) hanno un ottimo rendimento che risulta abbastanza stabile durante il corso dell’anno.

L’impiego di aria esterna come sorgente fredda di acquisizione calore è particolarmente diffuso, il caso specifico è rappresentato da pompe di calore del tipo Aria-acqua o Aria-aria.

La temperatura dell’aria esterna varia in funzione delle condizioni climatiche esterne e di conseguenza influenza notevolmente il rendimento di una pompa di calore aerotermica.

Quest’ultima tipologia, tuttavia, ha il vantaggio di avere dei costi impiantistici iniziali nettamente inferiori rispetto ad altre tipologie.

La loro versatilità, inoltre, consente l’installazione nella maggior parte dei casi, dato che l’aria esterna è sempre disponibile: chiaramente il dimensionamento dell’apparato impiantistico e quindi la potenza della pompa di calore dovrà essere valutata in base al fabbisogno di potenza e alle condizioni climatiche più sfavorite.

In generale, l’efficienza della pompa di calore dipende sia dalla temperatura della sorgente fredda che dalla temperatura a cui occorre riscaldare il pozzo caldo interno.

Risultano energeticamente più convenienti gli impianti funzionanti a bassa temperatura, come ad esempio i sistemi radianti a pavimento o a soffitto.

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