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CHE COS’È LA POMPA DI CALORE

La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta. Essa opera con lo stesso principio del frigorifero e del condizionatore d’aria.

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COME È FATTA E COME FUNZIONA

La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, percorso da uno speciale fluido (frigorigeno) che, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore.

Il circuito chiuso è costituito da:

  • un compressore
  • un condensatore
  • una valvola di espansione
  • un evaporatore

Il condensatore e l’evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè tubi posti a contatto con un fluido di servizio (che può essere acqua o aria) nei quali scorre il fluido frigorigeno. Questo cede calore al condensatore e lo sottrae all’evaporatore.
I componenti del circuito possono essere sia raggruppati in un unico blocco, sia divisi in due parti (sistemi “SPLIT”) raccordate dai tubi nei quali circola il fluido frigorigeno.
Nel funzionamento il fluido frigorigeno, all’interno del circuito, subisce le seguenti trasformazioni:

Compressione:
Il fluido frigorigeno allo stato gassoso e a bassa pressione, proveniente dal l’evaporatore, viene portato ad alta pressione; nella compressione si riscalda assorbendo una certa quantità di calore.

Condensazione:
Il fluido frigorigeno, proveniente dal compressore, passa dallo stato gasso so a quello liquido cedendo calore all’esterno.

Espansione:
Passando attraverso la valvola di espansione il fluido frigorigeno liquido si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda.

Evaporazione:
Il fluido frigorigeno assorbe calore dall’esterno ed evapora completamente. L’insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo della pompa di calore: fornendo energia con il compressore, al fluido frigorigeno, questo, nell’evaporatore, assorbe calore dal mezzo circostante e, tramite il condensatore, lo cede al mezzo da riscaldare.

EFFICIENZA DELLA POMPA DI CALORE

Nel corso del suo funzionamento, la pompa di calore:

  • consuma energia elettrica nel compressore
  • assorbe calore nell’evaporatore, dal mezzo circostante, che può essere aria o acqua
  • cede calore al mezzo da riscaldare nel condensatore (aria o acqua).

Il vantaggio nell’uso della pompa di calore deriva dalla sua capacità di fornire più energia (calore) di quella elettrica impiegata per il suo funzionamento in quanto estrae calore dall’ambiente esterno (aria-acqua).
L’efficienza di una pompa di calore è misurata dal coefficiente di prestazione “C.O.P.” che è il rapporto tra energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare) ed energia elettrica consumata.
Il C.O.P. è variabile a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento ed ha, in genere, valori prossimi a 3.
Questo vuol dire che per 1 kWh di energia elettrica consumato, fornirà 3 kWh (2580 kcal) di calore al mezzo da riscaldare.
Il C.O.P. sarà tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura a cui il calore viene ceduto (nel condensatore) e quanto più alta quella della sorgente da cui viene assorbito (nell’evaporatore).
Al di sotto di una temperatura compresa tra – 2°C e 2°C la pompa di calore si disattiva in quanto le sue prestazioni si ridurrebbero significativamente. Va tenuto conto inoltre che la potenza termica resa dalla pompa di calore dipende dalla temperatura a cui la stessa assorbe calore.

LE DIVERSE POMPE DI CALORE

Le pompe di calore si distinguono in base alla sorgente fredda e al pozzo caldo che utilizzano.

Possono quindi essere del tipo:

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L’aria come sorgente fredda ha il vantaggio di essere disponibile ovunque; tuttavia la potenza resa dalla pompa di calore diminuisce con la temperatura della sorgente. Nel caso si utilizzi l’aria esterna, è necessario (intorno a 0°C), un sistema di sbrinamento che comporta un ulteriore consumo di energia.
Diverso e più vantaggioso, è l’impiego come sorgente fredda dell’aria interna viziata (aria estratta) che deve essere comunque innovata.
L’acqua come sorgente fredda garantisce le prestazioni della pompa di calore senza risentire delle condizioni climatiche esterne; tuttavia richiede un costo addizionale dovuto al sistema di adduzione.
Il terreno, come sorgente fredda ha il vantaggio di subire minori sbalzi di temperatura rispetto all’aria.
Le tubazioni orizzontali vanno interrate ad una profondità minima da 1 a 1,5 metri per non risentire troppo delle variazioni di temperatura dell’aria esterna e mantenere i benefici effetti dell’insolazione. È necessaria una estensione di terreno da 2 a 3 volte superiore alla superficie dei locali da riscaldare. Si tratta quindi di una soluzione costosa, sia per il terreno necessario che per la complessità dell’impianto.

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APPLICAZIONI DELLA POMPA DI CALORE

Le possibili applicazioni della pompa di calore sono:

CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI
È ormai attuale l’applicazione della pompa di calore per la climatizzazione degli ambienti nel settore residenziale e nel terziario (esercizi commerciali di medie dimensioni; parrucchieri; cucine di ristoranti; studi professionali), in alternativa ai sistemi convenzionali composti da refrigeratore più caldaia. La stessa macchina infatti, mediante una semplice valvola, è in grado di scambiare tra loro le funzioni dell’evaporatore e del condensatore, fornendo così calore in inverno e freddo in estate (tipo Invertibile)
applicazione della pompa di calore alla climatizzazione ambientale (riscaldamento + raffrescamento) è la più conveniente poiché comporta un minor tempo di ammortamento del costo impianto rispetto ad un utilizzo per il solo riscaldamento.
applicazione della pompa di calore per il condizionamento degli intero impianto termico ed elettrico, con conseguente maggior costo.
Diverse sono le applicazioni della pompa di calore nei settori terziario e industriale, ad esemessiccazione e processi tecnologici a bassa temperatura alimentare, ecc.

RISCALDAMENTO DEGLI AMBIENTI E DELL’ACQUA SANITARIA

La pompa di calore può essere utilizzata anche per la sola produzione di calore per il riscaldamento degli ambienti e dell’acqua sanitaria.