COMBINAZIONI ENERGETICAMENTE VINCENTI

Esemplificazione grafica di un impianto tipo.

La differenza fra una caldaia e una pompa di calore risiede nella modalità della produzione del calore stesso:  la caldaia, al massimo, può fornire il  calore che la quantità insieme al potere calorifico del combustibile consentono. La pompa di calore, viceversa, non ha limiti di questa natura rispetto alla energia immessa. Se si trovano temperature di funzionamento e fluidi adatti, la pompa può trasportare quantità di calore indefinitamente grandi a parità di energia elettrica utilizzata. Le pompe di calore possono quindi essere più convenienti rispetto a una caldaia.

GIOVANNI MOSCHIONI dal Sole 24 ORE

La pompa di calore è un “sistema” che sfrutta le caratteristiche di un ciclo termodinamico (ciclo di Carnot) per trasferire il calore da una “sorgente” a temperatura inferiore a un utilizzatore a temperatura superiore, realizzando quindi una trasformazione in senso inverso a quanto avviene in natura, ove il fl usso termico passa solo dalla temperatura superiore a quella inferiore. Il ciclo di Carnot è da molto tempo usato come ciclo “frigorifero”, più noto che il ciclo inverso “a pompa di calore”; è realizzato con compressori, scambiatori di calore e tubazioni, fa evolvere un fluido che compie una serie di trasformazioni di stato (principalmente evaporazioni e condensazioni) che consentonodi prelevare calore da un ambiente “freddo” e trasferirlo a un altro “caldo”. Si può immaginare il ciclo come composto da due fasi importanti (la condensazione e l’evaporazione) con due fasi accessorie (la laminazione e la compressione).

FASI PRINCIPALI

Nelle fasi principali, che hanno luogo all’interno di scambiatori di calore, avvengono le trasformazioni
chiave: nell’evaporazione il fl uido passa dallo stato liquido allo stato gassoso asportando calore dall’ambiente in cui è posto lo scambiatore, raffreddandolo. L’altra fase chiave è la condensazione: in questo caso è più arduo rappresentare il fenomeno con un esempio fi siologico; il fl uido uscito allo stato gassoso dall’evaporatore passa attraverso un compressore, dove acquista temperatura e pressione elevate e
successivamente viene raffreddato fi no a diventare liquido; il ciclo si completa con il ritorno nell’evaporatore previo abbassamento di pressione. Se si utilizza la bassa temperatura (avendo l’alta temperatura
come scarto), si ha una macchina frigorifera: se si usa il caldo e si scarta il freddo, abbiamo la pompa di calore. In molte realizzazioni il ciclo termodinamico può essere invertito: la stessa macchina può essere
utilizzata per la produzione di acqua calda oppure acqua fredda.

COME FUNZIONA LA POMPA DI CALORE

I sistemi a pompa di calore hanno una naturale vocazione per la climatizzazione degli ambienti: d’inverno, portano il calore dall’esterno all’interno (direttamente, come nel caso degli impianti a espansione diretta, oppure indirettamente, come nel caso di impianti a fan coil oppure a tutt’aria). D’estate, con ciclo contrario, portano il calore dall’interno all’esterno. Il punto chiave della questione, al di là di aspetti specialistici, è che la pompa di calore è un sistema che trasporta calore utilizzando una certa quantità di energia (assorbita dal compressore).
In generale, l’energia trasportata da un ambiente a un altro (tipicamente, negli impianti di climatizzazione, dall’esterno all’interno di un ambiente abitato) è ben superiore all’energia impiegata per il trasporto. Nel caso
della pompa di calore, si dispone di una macchina che trasporta calore in forma termica utilizzando l’energia che viene fornita tipicamente dalla rete elettrica. Questo signifi ca che, per l’utilizzatore fi nale, il comportamento è molto simile a quello di una caldaia, in cui si immette da un lato il metano, ottenendo dall’altro calore.
Il rapporto fra l’energia elettrica immessa per fare funzionare una pompa di calore e l’energia trasportata dipende da tantissimi parametri fra cui principalmente: • la temperatura a cui avvengono gli scambi termici (la temperatura dell’acqua che si deve usare per l’impianto di riscaldamento e la temperatura dell’ambiente esterno, piuttosto che del terreno o dell’acqua di falda);
• il tipo di fl uido utilizzato.

Questo rapporto di resa (COP: Coeffi cient Of Perfomance) è tipicamente superiore a 3 e raggiunge, in alcuni casi, valori anche superiori a 6 e più. Nel caso delle caldaie, il rapporto fra l’energia immessa attraverso il metano ee il calore ottenuto sotto forma di acqua calda è al massimo pari a 1.