Pompa di calore

Le pompe di calore sono macchine termiche che operano trasferendo calore da un ambiente a temperatura più bassa (sorgente fredda) ad un altro a temperatura più alta (sorgente calda), utilizzando energia elettrica. Esse operano con lo stesso principio del frigorifero e del condizionatore d’aria. Le pompe di calore possono essere classificate in base alla natura della sorgente fredda (primo termine) e di quella calda (secondo termine), che possono essere ad aria oppure ad acqua:

• pompa calore acqua-acqua: dove verrà riscaldata acqua trasferendo calore da altre acque;
• pompa calore acqua-aria: dove verrà riscaldata aria attingendo calore da acqua;
• pompa calore aria-aria: dove verrà riscaldata aria trasferendo calore da altra aria;
• pompa calore aria-acqua: preleva il calore dall’aria esterna e lo trasferisce all’acqua.

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. I principali componenti sono:

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

Efficienza della pompa di calore

Abbiamo visto sopra come 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 di una pompa di calore deriva dalla sua capacità di fornire più energia 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. (Coefficient Of Performance) che esprime il rapporto tra energia fornita 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 3-4, ovvero per 1 kWh di energia elettrica consumato, fornirà 3kW (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.

In funzione dell’effetto utile che interessa, è possibile definire un COP di riscaldamento e uno di raffreddamento:

dove Q_freddo è la quantità di calore estratta da un serbatoio freddo alla temperatura T_fredda e Q_caldo è la quantità di calore distribuita a un serbatoio caldo alla temperatura T_calda. In fase di raffreddamento la prestazione di una pompa di calore è descritta dall’EER (Energy Efficiency Ratio); la pompa di calore è solitamente più efficiente nel riscaldamento che nel raffreddamento, dato che la macchina dissipa sempre una parte di energia in calore, calore che può essere usato per il riscaldamento.

Vi interessa ridurre i consumi energetici nella vostra abitazione? Leggete il seguente articolo: Interventi per ridurre i consumi energetici.

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