La pompa di calore: funzionamento e benefici
Il funzionamento di una pompa di calore è
simile a quello di un frigorifero, ma invertito.
In un frigorifero, il calore viene estratto dall'interno ed espulso
all'esterno.
Una pompa di calore, sfruttando lo stesso principio, fa
l'esatto contrario: estrae il calore da una fonte naturale (aria, acqua o
terra) e lo trasporta dentro l'edificio alla temperatura idonea, in funzione
del tipo di impianto di riscaldamento
Il principio di funzionamento della pompa di calore si basa sul fenomeno dell’espansione Joule-Thomson di un fluido.
Questo fluido, nel caso delle pompe di calore, è un liquido refrigerante che all’inizio del processo è molto freddo e che compiendo un ciclo di compressione ed espansione, permette alla pompa di calore di trasferire il calore prodotto all’acqua sanitaria.
Il ciclo della pompa di calore è composto da tre fasi:
Nella prima fase L’aria viene convogliata in uno scambiatore attraverso il quale circola un liquido “refrigerante” resistente al gelo.
Questo liquido è sempre più freddo dell’ambiente e quindi può prelevare il calore dall’aria: è così freddo che permette di fare lavorare la pompa di calore anche a temperature ben al di sotto dello zero.
La differenza di temperatura è decisiva per il funzionamento: infatti l’aria, entrando in contatto con questo liquido molto freddo, trasferisce calore al liquido e ne innalza la sua temperatura.
Il calore prelevato dall’energia pulita dell’aria, quindi viene trasferito alla seconda fase.
Il calore prelevato dall’aria è fondamentale perché permette di vaporizzare il liquido: questo processo di vaporizzazione può avvenire perché il liquido refrigerante vaporizza a basse temperature.
In questo modo, il refrigerante assorbe calore e arrivando al punto di ebollizione, vaporizza.
A questo punto, il compressore presente nella pompa di calore, può comprimere il vapore, e ne innalzarne la temperatura.
La temperatura del vapore, in questo momento, è molto alta: il vapore ha innalzato così tanto la sua temperatura da permettere di trasferire questo calore accumulato al circuito di riscaldamento.
A questo punto il vapore molto caldo trasferisce questo calore accumulato al circuito di riscaldamento.
E’ questo il calore che permette all’acqua sanitaria di riscaldarsi e di permetterti di fare una buona doccia con l’acqua calda.
Il vapore più trasferisce il calore all’acqua, più diminuisce la sua temperatura e così passa dallo stato gassoso allo stato liquido.
Una volta trasferito tutto il calore possibile, il refrigerante, ritorna completamente allo stato liquido.
Però il liquido ora è in una condizione particolare: non può più riscaldare l’acqua sanitaria perché ha diminuito la sua temperatura ma non può nemmeno prelevare di nuovo il calore dall’aria circostante (vedi primo step) perché ha ancora una pressione elevata ed è ancora troppo caldo e quindi, per poter continuare il ciclo, deve prima raffreddarsi ulteriormente.
Il liquido, per questo motivo, viene fatto passare attraverso la valvola di espansione: in questo modo, la pressione diminuisce e conseguentemente la temperatura scende rapidamente.
Il liquido ora è in grado di assorbire di nuovo il calore dall’aria e il ciclo può ripartire di nuovo dal principio.
Vediamo adesso quali sono i vantaggi e la resa di una pompa di calore rispetto a impianti tradizionali.
La pompa di calore ha parecchi vantaggi rispetto agli scaldabagno o caldaie elettrici e a gas.
Prima di tutto permette di risparmiare e pagare molta meno energia rispetto a questi apparecchi.
Il secondo luogo, è una tecnologia che utilizza almeno il 75% di energia proveniente da fonti rinnovabili, che nel caso più comune è l’aria.
Il terzo motivo è che grazie al suo basso impatto ambientale e grazie ai suoi bassi consumi, lo Stato ha deciso di dare degli incentivi che ammortizzano la spesa iniziale a chiunque installa una pompa di calore.
In media si registrano i seguenti risparmi:
1. Rispetto a uno scaldabagno elettrico si risparmia il 75% di energia elettrica
2. Rispetto a uno scaldabagno o caldaia a gas alimentato a metano si risparmia il 30% sulla bolletta
3. Se lo scaldabagno è a gas alimentato a gpl si risparmia il 65% sulle bollette.
Tutto ciò è dovuto al fatto che la pompa di calore preleva il calore che è presente nell’aria, e permette a costi minimi di arrivare a riscaldare l’acqua sanitaria fino a 65 °C con pochissimo utilizzo di energia elettrica.
L'efficienza energetica di questi dispositivi permette un risparmio notevole per il cliente: il coefficiente di prestazione di una pompa di calore riesce a raggiungere un valore fino a 5, cioè riesce a produrre 5 kWh di energia termica, partendo da un solo kWh di energia elettrica.