Il funzionamento della pompa di calore spiegato in modo semplice
Che cos’è una pompa di calore? La pompa di calore è un impianto di riscaldamento ecologico che utilizza una tecnologia efficiente per sfruttare l’energia del nostro ambiente. Se state cercando una spiegazione facile da capire della tecnologia delle pompe di calore, con la nostra guida Bosch siete nel posto giusto. Spiegheremo in modo breve e chiaro come funziona e viene costruita una pompa di calore, quale principio operativo schematico viene utilizzato per il riscaldamento a pompa di calore e come funzionano i diversi tipi di pompe di calore.
Come funziona un impianto di riscaldamento a pompa di calore?
L’ambiente offre fonti di energia inesauribili a cui la pompa di calore può attingere per il riscaldamento. In parole povere, le pompe di calore prelevano l’energia dall’aria d’ambiente, dal terreno o dalle acque freatiche e sfruttano il calore ottenuto per il riscaldamento e l’acqua calda sanitaria, trasportandolo negli spazi abitativi. Grazie all’energia ambientale gratuita la pompa di calore può raggiungere facilmente e in modo efficiente un comfort termico elevato in tutta la casa. La tecnologia della pompa di calore si basa schematicamente sullo stesso principio, anche se il tipo di fonte di energia a cui attinge può variare.
Il principio di funzionamento di una pompa di calore può essere paragonato al principio di un frigorifero – con la differenza che viene generato calore, e non freddo. Mentre un frigorifero estrae il calore dal suo interno e lo conduce all’esterno per raffreddare il cibo, la pompa di calore, al contrario, estrae il calore dall’ambiente esterno alla casa e lo utilizza per riscaldare gli spazi abitativi.
Come funziona il riscaldamento con una pompa di calore? In questo video, il principio di funzionamento della pompa di calore verrà spiegato in modo facilmente comprensibile tramite un’animazione:
Struttura e principio della pompa di calore spiegati in modo semplice
La struttura di una pompa di calore comprende tre componenti con cui l’impianto con pompa di calore funziona:
- la fonte di calore (aria, terra, acqua freatica), da cui viene prelevata l’energia dell’ambiente.
- La pompa di calore, che rende utilizzabile il calore ambientale per mezzo della tecnologia a pompa di calore.
- Il sistema di distribuzione e accumulo del calore, che distribuisce il calore negli spazi abitativi o lo accumula.
Ma cosa fa esattamente una pompa di calore per convertire il calore ambientale in energia termica utilizzabile? All’interno della pompa di calore, un principio tecnico composto da quattro fasi funziona continuamente in un ciclo chiuso. Nel ciclo della pompa di calore in ripetizione avvengono l’evaporazione, la compressione, la condensazione e l’espansione di un refrigerante, al fine di generare calore. Il refrigerante liquido riceve l’energia termica dall’ambiente e deve essere portato a un livello di temperatura che sia utilizzabile dall’impianto di riscaldamento. Questo viene fatto utilizzando una parte di corrente. Maggiore è la differenza di temperatura tra la fonte di energia e il calore utile necessario, maggiore è la potenza elettrica di azionamento da applicare.
Diamo un’occhiata più da vicino al principio della pompa di calore:
1. Evaporazione: Nel cosiddetto evaporatore, il calore dell’ambiente viene trasferito al circuito della pompa di calore. Un refrigerante è responsabile dell’assorbimento e del trasporto dell’energia termica. Assorbe il calore ambientale allo stato liquido, facendolo evaporare e diventare gassoso.
2. Compressione: in un compressore a corrente, il refrigerante gassoso viene compresso, il che aumenta notevolmente la pressione e la temperatura. Si può osservare questa parte del principio di funzionamento di una pompa di calore anche in una pompa d’aria da bicicletta, che si riscalda quando si pompa l’aria. Da qui il termine «pompa» in relazione a una pompa di calore.
3. Condensazione: Nella terza fase, il refrigerante compresso e riscaldato trasferisce il suo calore al circuito di riscaldamento, raffreddandosi e diventando nuovamente liquido. Questo avviene nel cosiddetto condensatore con l’aiuto di uno scambiatore di calore. Il calore viene poi immagazzinato nell’acqua calda sanitaria e nell’accumulatore inerziale della pompa di calore.
4. Espansione: Nell’ultima fase, la pressione del refrigerante liquido viene ridotta di nuovo in una valvola di espansione, facendolo raffreddare ulteriormente fino a raggiungere la sua temperatura iniziale. Il ciclo della pompa di calore può ricominciare. Avrete notato, già dalle comuni bombolette spray, che i liquidi si raffreddano quando sono sotto pressione e la pressione diminuisce. La bomboletta diventa sensibilmente fredda quando si spruzza per un periodo di tempo prolungato.
Di seguito, analizzeremo la funzione dei tipi di pompa di calore, che si differenziano per la fonte di calore a cui attingono.
Funzione di una pompa di calore aria/acqua
In una pompa di calore aria-acqua, l’energia termica dell’aria esterna funge da fonte di calore. È possibile accedervi facilmente, semplicemente montando l’apparecchio, e quindi richiede un dispendio costruttivo minimo. La pompa di calore aria-acqua funziona come tutti i tipi di pompe di calore: un refrigerante assorbe il calore ambientale. In una pompa di calore aria-acqua, l’aria d’ambiente viene aspirata da un ventilatore, passata a uno scambiatore di calore e convertita in energia termica nel circuito della pompa di calore attraverso l’evaporazione, la compressione, la condensazione e l’espansione di un refrigerante. Un fattore decisivo è la temperatura della fonte di energia. La temperatura dell’aria non è costante ma varia a seconda della stagione. Questo crea differenze di temperatura che il sistema a pompa di calore deve compensare. Quanto più fredda è l’aria esterna aspirata, tanto più deve essere aumentata la temperatura nel circuito del refrigerante, affinché l’energia possa essere utilizzata per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria.
Buono a sapersi: anche le pompe di calore per acqua calda sanitaria utilizzano l’aria come fonte di calore, ma non l’aria esterna, bensì l’aria ambiente calda già presente nell’edificio. Con il calore generato di impianti tecnici è possibile fornire acqua calda sanitaria in casa. Ecco perché si parla anche di pompa di calore per acqua calda sanitaria. Il riscaldamento con una pompa di calore per acqua calda sanitaria non funziona. Lo stesso vale per le pompe di calore aria-aria che utilizzano l’aria di ripresa interna per il recupero del calore per gli impianti di ventilazione nei nuovi edifici ad alta efficienza.
Come funziona una pompa di calore geotermica?
Il funzionamento di una pompa di calore geotermica si basa sul principio della geotermia. Si riferisce all’energia termica immagazzinata nel terreno. La pompa di calore geotermica sfrutta l’energia termica del terreno come fonte di calore. Il funzionamento di una pompa di calore geotermica è reso possibile da sonde geotermiche o collettori geotermici, che estraggono il calore dal terreno e lo convertono in energia utilizzabile per il riscaldamento e l’acqua calda sanitaria nel ciclo della pompa di calore. Per sviluppare l’energia geotermica, sono necessari lavori di sterro o trivellazioni in profondità . A seconda della profondità del pozzo, è possibile sfruttare il calore vicino alla superficie o il calore in profondità. La temperatura della fonte di calore è fondamentale per l’efficienza e il funzionamento di una pompa di calore. Il terreno ha nel corso di tutto l’anno una temperatura relativamente costante. Questo rende la pompa di calore geotermica particolarmente efficiente.
Funzione di una pompa di calore acqua/acqua
Una pompa di calore acqua-acqua utilizza l’energia termica delle acque freatiche come fonte di calore. Per funzionare, la cosiddetta pompa di calore ad acqua freatica necessita di due pozzi: un pozzo di estrazione, che estrae l’acqua freatica, e un pozzo di assorbimento, che rilascia l’acqua utilizzata nel terreno. Il funzionamento della pompa di calore acqua-acqua, come tutti i tipi di pompe di calore, si basa su un circuito di refrigerante chiuso. In questo caso, il refrigerante assorbe l’energia termica dell’acqua freatica e la rende utilizzabile per il riscaldamento dei locali nel ciclo della pompa di calore. Nell’acqua freatica sono presenti temperature costantemente elevate. Pertanto, la pompa di calore acqua-acqua è considerata la pompa di calore più efficiente.
Come funziona una pompa di calore in inverno?
Nonostante le temperature esterne più basse, una pompa di calore funziona in modo affidabile anche in inverno, perché il terreno e le acque freatiche hanno, indipendentemente dalla stagione, temperature costanti. Anche con temperature esterne dell’aria sotto i 0 °C, la funzione della pompa di calore è possibile in inverno e con vantaggi economici, grazie all’elevata efficienza. In caso di temperature esterne estremamente fredde fino a -20 °C, si inserisce temporaneamente una resistenza elettrica come ausilio. Ciò significa che la pompa di calore può continuare a fornire calore sufficiente anche a temperature esterne molto basse, senza perdere la sua efficacia. In alternativa, una pompa di calore può anche funzionare come sistema ibrido in combinazione con una caldaia a gas che assume il carico di punta in inverno.
State cercando consigli su come ridurre i costi di riscaldamento? Indipendentemente dal fatto che si viva in un appartamento in affitto o in una casa di proprietà: nella nostra guida al riscaldamento economico, scoprirete come ridurre facilmente i costi di riscaldamento e risparmiare ulteriore energia.
Una pompa di calore può anche raffreddare?
La genialità di una pompa di calore sta nel fatto di essere l’unico impianto di riscaldamento a funzionare in modo da poter sia riscaldare sia raffreddare. In questo modo, si potrà utilizzare la pompa di calore in modo sensato tutto l’anno e fare a meno di un impianto di condizionamento supplementare in casa. Potrete raffreddare gli ambienti in estate con una pompa di calore, se l’apparecchio dispone di una funzione di pompa di calore reversibile ed è stata progettata con tale funzione sin dal principio. Su molti modelli è possibile installare in seguito una funzione di raffreddamento. È importante che l’impianto di riscaldamento sia abbinato in modo ottimale agli impianti di condizionamento a pompa di calore. Il riscaldamento a parete o un impianto di riscaldamento a pannelli radianti è più adatto per il raffreddamento con una pompa di calore.
Il raffreddamento con una pompa di calore funziona come la generazione di calore, ma attraverso un circuito di refrigerante inverso. Nel processo, il calore del riscaldamento viene dissipato all’esterno, raffreddando l’impianto di riscaldamento. Tuttavia, l’effetto di raffreddamento di una pompa di calore reversibile non è così forte come quello di un impianto di condizionamento.
Buono a sapersi: una pompa di calore funziona anche con i normali radiatori? Scoprite di più nella nostra guida sui radiatori a pompa di calore.
FAQ su come funziona una pompa di calore
Che cos’è una pompa di calore?
Come funziona una pompa di calore, spiegato in modo semplice?
Che aspetto ha una pompa di calore?
Come funziona una pompa di calore per la casa?