LA POMPA DI CALORE E IL TRASFERIMENTO DEL CALORE
Il calore si trasferisce naturalmente da un corpo caldo ad un corpo freddo; questo è
uno dei trasferimenti naturali che conosciamo meglio nella vita di tutti i
giorni.
La pompa di calore permette di trasferire il calore, esistente in una sorgente
ad una temperatura inferiore, ad una temperatura superiore: ad esempio una pompa
di calore ad ARIA può trasferire il calore contenuto nell'aria esterna
all'edificio al suo interno e così una pompa di calore GEOTERMICA trasferisce il
calore contenuto nel terreno, e l'IDROTERMICA quello contenuto nell'acqua.
Principio fisico della pompa di calore nella termodinamica dei gas e sua
efficienza (COP).
Ciò è possibile fornendo alla macchina energia elettrica e facendo compiere un
ciclo termodinamico completo che sfrutta le proprietà dei gas "frigoriferi" di
assorbire e cedere energia durante i cambiamenti di fase che la macchina loro
impone: ad esempio il gas estrae energia dalla sorgente esterna, aria, terra o
acqua, e la cede all'acqua dei radiatori.
Il trasferimento di energia dalla sorgente al gas e la sua cessione dal gas
all'ambiente e viceversa avvengono tramite particolari scambiatori che possono
assumere forme e costruzioni molto diverse : batterie di alluminio alettate per
l'aria, scambiatori metallici ad acqua, sonde plastiche geotermiche per gli
scambiatori con il terreno.
L'estrazione di calore avviene attraverso la fase di Evaporazione del gas, la
cessione avviene attraverso la fase di Condensazione , che sono governate dal
ciclo imposto dal dispositivo compressore alimentato dall'energia elettrica,nel
rispetto dei Principi della Termodinamica.
L'efficienza di tale sistema di
estrazione e di trasferimento del calore è molto elevata : l'energia elettrica
richiesta per eseguire il ciclo di estrazione-trasferimento è molto minore
dell'energia estratta-trasferita.
Si definiscono nella letteratura il Rapporto di Efficienza Energetica (EER) e il Coefficiente di Prestazione (COP).
Il primo identifica il rapporto tra l'energia estratta dalla soregente, con effetto utile per il Raffrescamento,
e l'energia elettrica utilizzata dalla pompa di calore per operare tale trasferimento.
Il secondo definisce il rapporto tra l'energia trasferita all'utilizzatore, con effetto utili per il Riscaldamento e l'energia elettrica utilizzata dalla pompa di calore per operare tale trasferimento.
Per dare numeri guida medi, possiamo differenziare a seconda della tipologia della
sorgente del calore:
| SORGENTE ESTERNA |
TIPOLOGIA |
COP |
| ARIA: |
AEROTERMIA |
circa 2 |
| TERRA: |
GEOTERMIA |
circa 4 |
| ACQUA: |
IDROTERMIA |
circa 6 |
Riportiamo a lato il diagramma pressione-entalpia (p-h) di un gas frigorifero idrofluorcarburo (HFC) denominato R410A.
REVERSIBILITÀ DELLA SORGENTE E DELL'UTILIZZO DEL CALORE
Il frigorifero altro non
è che una pompa di calore che estrae il calore dai cibi e lo cede all'aria della
cucina. Naturalmente il ciclo di estrazione e trasferimento dell'energia è
reversibile, basta scegliere la sorgente del calore e il suo utilizzatore e fare
eseguire alla macchina il ciclo così scelto, a seconda della applicazione che
necessiti di energia termica o frigorifera: ad esempio possiamo riscaldare
ambienti in inverno e raffrescarli in estate.
Riportiamo a lato un esempio grafico del funzionamento reversibile della pompa di calore
APPLICABILITÀ GEOGRAFICA E UTILIZZO DELLA POMPA DI CALORE
Avendo a disposizione
tali sorgenti, differenti per contenuto di energia, di calore, aria-acqua-terra,
non esistono limitazioni all'applicabilità delle pompe di calore se non per
l'efficienza del processo di estrazione e trasferimento dell'energia che è
alimentato dall'energia elettrica : tanto maggiore è il divario tra le
temperature della sorgente e dell'utilizzatore tanto maggiore sarà il consumo di
energia elettrica.
In ogni caso le pompe di calore trovano ad ogni latitudine le
migliori condizioni di utilizzo, permettendo di sfruttare appieno le loro
intrinseche potenzialità, ed assicurando il massimo del comfort, del risparmio
energetico, della protezione dell’ambiente e di economicità. Le pompe di calore
sono macchine estremamente duttili, resistenti, utilizzabili in situazioni
differenti e per gli usi più disparati: al riscaldamento invernale e/o al
raffrescamento estivo (dall’edificio monofamiliare sino a grandi interventi
residenziali, alberghi, scuole, chiese, ecc.) si possono abbinare impianti per
la creazione contemporanea di caldo e freddo (ad es. nei supermercati,
d’inverno, si crea contemporaneamente il clima confortevole per l’ambiente
espositivo ed il freddo per i reparti frutta, surgelati e frigoriferi), o per lo
sfruttamento del calore in esubero (es.: si potrà riscaldare la piscina di casa
recuperando l’energia dal ciclo di condizionamento).
Le pompe di calore sono
macchine che non richiedono manutenzioni particolari o interventi straordinari e
la cui efficienza perdura nel tempo; l’ammortamento delle stesse avviene, in
base alla tipologia e alla dimensione d’impianto ed ai fabbisogni di
climatizzazione, in pochi anni.
PARTICOLARI DI UNA POMPA DI CALORE