La caldaia a pompa di calore per unire comfort e risparmio energetico
Per il complesso del Borghetto, in costruzione dalla nostra impresa di costruzioni a Pisa, abbiamo scelto di adottare il sistema della pompa di calore come metodo di riscaldamento e condizionamento. Si tratta di un sistema che permette di associare due importanti vantaggi: il comfort abitativo e il risparmio energetico. Per i tre edifici nei prossimi mesi saranno installate tre macchine distinte, una dedicata all’impianto di riscaldamento per l’inverno e collegata al pavimento radiante, una dedicata al condizionamento estivo e allacciata agli split posti all’interno delle abitazioni ed una che va ad alimentare l’acqua calda sanitaria. In questo articolo andremo a spiegare cosa è una pompa di calore, come è fatta e come funziona, quali sono le principali applicazioni e i vantaggi.
COSA È UNA POMPA DI CALORE?
Una pompa di calore è una macchina elettrica in grado di sfruttare il ciclo termodinamico del fluido refrigerante, trasferendo calore ed energia termica da una sorgente o corpo a bassa temperatura ad un’altra con temperatura più alta e viceversa. In parole povere, il calore presente in forma gratuita e in quantità illimitata nell’aria circostante viene convogliato e sfruttato per riscaldare edifici o acqua calda ad uso sanitario, con uno schema di funzionamento simile a quello di un condizionatore al contrario. Come vedremo più avanti, questo genere di macchine può essere applicato anche al raffreddamento degli ambienti.
COME È FATTA UNA POMPA DI CALORE?
Una pompa di calore è costituita da un circuito chiuso percorso da un particolare fluido frigorigeno (in grado di produrre freddo artificialmente) il quale, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione alle quali è sottoposto, può assumere lo stato liquido o aeriforme.
Il circuito chiuso è composto dai seguenti elementi:
- compressore
- condensatore
- valvola di espansione
- evaporatore
Condensatore ed evaporatore sono elementi formati da particolari tubi (chiamati anche “scambiatori di calore”) i quali sono a contatto diretto con acqua o aria (il cosiddetto “fluido di servizio”) e al cui interno è presente il fluido frigorigeno. Questo processo rilascia il calore al condensatore, sottraendolo all’evaporatore. Per comprendere il semplice meccanismo che sta alla base della pompa di calore è sufficiente dare un’occhiata allo schema sottostante (da abbassalebollette.it)
COME FUNZIONA UNA POMPA DI CALORE?
Il fluido frigorigeno, per un corretto funzionamento all’interno del circuito chiuso, è sottoposto ad alcune fasi e trasformazioni.
- Compressione: il fluido frigorigeno proveniente dall’evaporatore, che durante questa fase si presenta allo stato gassoso e a bassa pressione, viene gradualmente portato ad alta pressione e in tale compressione si riscalda e assorbe una certa quantità di calore
- Condensazione: il fluido frigorigeno, grazie alla compressione subita, passa allo stato liquido e cede calore verso l’esterno
- Espansione: il fluido frigorigeno (ormai liquido) passa attraverso la valvola di espansione trasformandosi in parte in vapore e raffreddandosi
- Evaporazione: il fluido frigorigeno (in parte liquido e in parte vapore) assorbe calore dall’ambiente esterno completando così la sua evaporazione
Le fasi e le trasformazioni appena accennate costituiscono il ciclo base di una pompa di calore. Attraverso il compressore viene fornita energia al fluido frigorigeno, una volta all’interno dell’evaporatore, il fluido assorbe il calore e lo cede al mezzo da riscaldare attraverso il condensatore.
Come si può notare, una pompa di calore è alimentata dall’energia elettrica ma questa serve esclusivamente per azionare il compressore e gli altri componenti ausiliari del circuito. Ogni sistema di condizionamento si fonda infatti su di un principio fondamentale: trasferire il calore da un ambiente a un altro. Anche il funzionamento di una pompa di calore si basa su questo principio. Può non sembrare (soprattutto durante le giornate più fredde, con temperature magari sotto gli 0°C), ma il calore è sempre presente negli ambienti esterni; la pompa di calore è in grado di estrarre questo calore – disponibile gratuitamente – trasferendolo all’interno degli ambienti desiderati.
Durante l’estate, il processo di funzionamento è identico, ma al contrario: la pompa di calore sottrae tutto il calore all’aria calda e umida degli ambienti interni (domestici o industriali) trasferendolo all’esterno.
La pompa di calore utilizza dunque il calore “gratuito” presente nell’atmosfera che si riflette in un’efficienza energetica senza precedenti: la quantità di energia consumata è di parecchio inferiore rispetto a quella richiesta da un sistema di riscaldamento tradizionale (a gas o elettrico), dato che una pompa di calore può fornire anche 4 o più unità di calore per ogni unità di energia elettrica utilizzata, dunque circa 3/4 volte in più rispetto a un sistema tradizionale.
QUALI SONO LE APPLICAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE?
Come abbiamo visto, le principali applicazioni delle pompe di calore sono due:
2. RISCALDAMENTO DEGLI AMBIENTI E DELL’ACQUA CALDA SANITARIA
Una pompa di calore trova il suo principale utilizzo nella produzione di calore per il riscaldamento degli ambienti e dell’acqua sanitaria. Gli apparecchi disponibili sul mercato negli ultimi anni hanno fatto un notevole salto tecnologico, raggiungendo prestazioni fino a qualche anno fa impensabili. Sono stati inoltre abbattuti i limiti legati alle temperature massime raggiungibili, oggi è possibile arrivare anche a +70°C, di conseguenza le temperature esterne molto rigide non sono più un problema. Per fare un esempio, si può disporre del 100% della resa con temperature esterne fino -25°C. Tuttavia, le curve massime di rendimento si hanno per produzione di acqua a 35°C. Ecco perché è bene progettare impianti di distribuzione del calore a pavimento radiante e serbatoi di accumulo dell’acqua calda sanitaria per poter disporre di adeguate quantità d’acqua alla temperatura corretta al rubinetto senza necessità di miscelazione. Questo è esattamente quello che abbiamo fatto per il complesso del Borghetto.
1. RAFFRESCAMENTO DEGLI AMBIENTI
I sistemi a pompa di calore vengono ormai comunemente utilizzati per climatizzare gli ambienti domestici e rappresentano un’ottima alternativa ai sistemi di climatizzazione convenzionali.
È infatti possibile invertire le funzioni di condensatore ed evaporatore in una pompa di calore attraverso una semplice valvola; in tal modo è possibile ottenere caldo durante l’inverno e freddo durante i mesi estivi, in maniera semplice. Tuttavia, per il complesso del Borghetto, in costruzione dalla nostra impresa di costruzione a Pisa, abbiamo scelto di installare 3 diverse macchine, ognuna dedicata specificatamente ad un tipo di impianto differente – il riscaldamento, il condizionamento e l’acqua calda sanitaria – questo per garantire il massimo dell’efficienza e sfruttare a pieno le potenzialità del sistema.
In definitiva, i vantaggi dell’adozione di una o più pompe di calore sono legati a tre aspetti fondamentali: comfort e risparmio energetico, miglioramento della classe energetica dell’edificio e riduzione delle emissioni inquinanti.