La pompa di calore: cos’è e a cosa serve?

In linea generale, si definisce pompa di calore un macchinario capace di estrarre l’energia termica dall’ambiente, per poi convogliarla nella direzione desiderata. Questa tecnologia è molto conveniente sia dal punto di vista economico che energetico. Con le dovute modifiche, trova applicazione in tantissimi campi, come ad esempio la refrigerazione industriale. In questo articolo ci concentreremo unicamente sulle pompe di calore utilizzate per il riscaldamento e la climatizzazione degli ambienti domestici per scoprire più nel dettaglio quali sono le varie tipologie di pompa di calore attualmente proposte sul mercato.

Come funziona una pompa di calore?

Prima di iniziare a parlare delle varie tipologie di pompa di calore oggi esistenti, vale la pena di spendere qualche parola per capire meglio come funzionano. Fortunatamente non è nulla di troppo complesso, anzi: uno dei lati positivi di questo sistema è proprio la sua semplicità!

Un sistema a pompa di calore è composto da 4 elementi fondamentali, ossia:

  • Evaporatore: il fluido vettore a bassa pressione evapora.
  • Compressore: il fluido qui viene compresso e trasferito (ad alta pressione) all’interno del condensatore e la compressione crea calore.
  • Condensatore: qui il fluido condensa tornando allo stato iniziale e rilascia la propria energia termica.
  • Valvola di laminazione: il fluido vettore, dopo il passaggio nel condensatore, passa attraverso la valvola di laminazione. Questo dispositivo riporta il fluido stesso a bassa pressione, e lo convoglia all’evaporatore, ricominciando così il ciclo.

L’energia termica viene prelevata dall’ambiente e non necessita di un sistema di combustione per il riscaldamento dei fluidi vettori: la pompa di calore, per poter funzionare, ha bisogno unicamente dell’energia elettrica per far funzionare il compressore. Questo sistema consente di concentrare e trasferire l’energia termica nella direzione desiderata, semplicemente sfruttando i passaggi di stato del fluido vettore.

Parlando in termini pratici, un sistema di questo tipo è reversibile e permetterà di avere una casa calda in inverno e fresca d’estate, con una spesa energetica molto inferiore rispetto ai sistemi tradizionali. Ma attenzione, l’efficienza dei sistemi a pompa di calore è fortemente condizionata da due fattori. In primo luogo, il tipo di fluido vettore utilizzato e il sistema di trasferimento dell’energia termica; in secondo luogo, le condizioni climatiche dell’ambiente in cui viene prelevata l’energia termica da utilizzare per il riscaldamento o il raffreddamento della casa. Ma vediamo, ora, più nel dettaglio i vari tipi di pompe di calore e quali sono le differenze tra loro.

La pompa di calore aria aria

Questo sistema utilizza l’aria come fonte per l’estrazione di energia termica e dopo il riscaldamento o il raffreddamento emette aria nell’ambiente esterno. Un buon esempio di questo sistema è il classico condizionatore dell’aria, installato ormai in moltissime abitazioni e uffici. L’aria esterna è la fonte di energia termica: dopo il passaggio nel compressore e nel condensatore, il fluido vettore contenuto nelle serpentine del condizionatore è in grado di eliminare il calore in eccesso negli ambienti domestici, oppure di riscaldarli progressivamente.

Il lato negativo di questo sistema è l’elevata dipendenza dalle temperature esterne: in caso di temperature estreme, il dispendio di energia elettrica è destinato, inevitabilmente, a salire. Ciò nonostante, è una soluzione ampiamente utilizzata perché è estremamente semplice da installare in qualsiasi tipo di soluzione abitativa ed è anche una delle tipologie preferite da chi installa un impianto fotovoltaico con accumulo e pompa di calore.

Pompa di calore aria acqua

Il principio di funzionamento è identico a quello illustrato sopra; la differenza è che la pompa di calore aria acqua, pur prelevando l’energia termica necessaria al proprio funzionamento dall’aria dell’ambiente esterno, trasferisce tale energia all’acqua, sia a quella del sistema di riscaldamento che a quella sanitaria. Si tratta, insomma, di una pompa di calore per acqua calda. Anche in questo caso, data la variabilità delle condizioni climatiche esterne, possono insorgere delle problematiche come un’eccessiva lentezza nell’erogazione dell’acqua calda sanitaria. In queste situazioni è meglio optare per una pompa di calore ibrida, dotata di una piccola resistenza capace di riscaldare in fretta l’acqua quando necessario.

Pompa di calore acqua acqua

Anche in questo caso, l’effetto finale è quello di riscaldare i termosifoni e offrire acqua calda sanitaria. Ma questo tipo di riscaldamento a pompa di calore ha una fonte diversa per reperire l’energia termica: è l’acqua di falda. Infatti, l’acqua della falda acquifera ha una temperatura costante, attorno ai 12 °C. I sistemi di pompa di calore acqua acqua sono ideati proprio per offrire il massimo dell’efficienza se la fonte d’energia termica esterna è offerta a temperature più o meno costanti. Questo sistema è, solitamente, molto più efficiente rispetto alle varianti ad aria. Ciò nonostante, non è molto utilizzato, sia per i costi d’installazione elevati che per l’assenza dei necessari prerequisiti: non tutte le case hanno un accesso diretto a una falda acquifera.

La pompa di calore geotermica

Questo sistema, detto anche pompa di calore terra acqua, sfrutta l’energia geotermica. Il calore è prelevato dal suolo e veicolato nel fluido vettore. Il sistema può essere utilizzato sia per riscaldare la casa che per raffreddarla. Questo sistema può essere utilizzato come pompa di calore per termosifoni, oppure per l’installazione di un efficientissimo condizionatore a pompa di calore. Inoltre, la geotermica è anche la più indicata pompa di calore per riscaldamento a pavimento, grazie alla sua grande efficienza energetica. Purtroppo, questo sistema può avere elevati costi d’installazione e, inoltre, potrebbe essere impossibile procedere all’installazione di questo sistema in alcune condizioni.

Quali sono i vantaggi e gli svantaggi della pompa di calore per riscaldamento?

Come abbiamo visto per il riscaldamento a pompa di calore, qualsiasi sia la fonte energetica utilizzata, è decisamente eco friendly: in nessun passaggio viene utilizzata la combustione di gas per il riscaldamento. L’unica fonte d’energia tradizionale utilizzata è l’elettricità e questo fattore rende il sistema di riscaldamento a pompa di calore estremamente appetibile per chi ha già un impianto fotovoltaico con accumulatore installato in casa. In uno scenario del genere, è possibile riscaldare la casa praticamente a costo zero.

D’altro canto, per chi non possiede un sistema fotovoltaico, un condizionatore a pompa di calore (o un sistema aria acqua, così come una pompa di calore ibrida) può comportare un certo dispendio d’energia elettrica, tale da non rendere più conveniente economicamente la conversione. In linea generale, è bene sapere che più sono variabili le condizioni della fonte di energia termica più il dispendio energetico per garantire continuità nel riscaldamento sarà elevato. Da questo è semplice intuire che le pompe di calore aria aria siano le più dispendiose in assoluto. Al contrario, un sistema a pompa di calore geotermica potrebbe rivelarsi conveniente anche in assenza di un impianto fotovoltaico, ma per averne la certezza è indispensabile consultare un professionista, capace di valutare ogni situazione specifica.

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