Come funziona una pompa di calore?

Il principio di funzionamento delle pompe di calore si basa sul trasferimento di calore da una sorgente a bassa temperatura a una sorgente a temperatura più elevata utilizzando un ciclo termodinamico.

Le pompe di calore maggiormente diffuse sono ad assorbimento e, soprattutto, a compressione.

Il ciclo di funzionamento di una pompa di calore è composto da quattro fasi: compressione, condensazione, espansione, evaporazione.

Il ciclo delLe fasi sopra descritte è invertibile, di conseguenza la pompa di calore è una macchina che naturalmente si presta a un utilizzo continuo durante tutto l’anno essendo capace sia di riscaldare che di raffrescare un ambiente.

In inverno la pompa di calore riscalda l’abitazione, prendendo dall’ambiente esterno il calore immagazzinato nell’aria, nell’acqua o nel suolo e trasferendolo all’interno dei locali.

Nel periodo invernale, quindi, la pompa di calore preleva l’energia termica dai principali elementi presenti in natura, a basse temperature, e la trasferisce all'interno dei locali ad alta temperatura (di qui il nome di “pompa”) per ottenere il loro riscaldamento.

Viceversa, in estate, grazie alla possibilità di inversione del ciclo, la pompa di calore segue il principio di funzionamento del frigorifero domestico.

Se mettiamo una mano dietro al nostro frigorifero sentiremo del calore, perché il frigorifero lo sottrae agli alimenti, mantenendoli freschi, e lo disperde nell’ambiente della cucina attraverso la serpentina che si trova esternamente, sulla parte posteriore.

Nel periodo estivo, quindi, la nostra abitazione diventa il “contenitore” da cui la pompa di calore, in funzione di condizionamento, preleva il calore in eccesso e lo espelle all’esterno, raffrescando gli ambienti.

La pompa di calore è anche in grado di produrre acqua calda sanitaria, ovvero l’acqua che utilizziamo nei nostri bagni e nelle nostre cucine.

L'acqua calda sanitaria viene riscaldata in appositi serbatoi di accumulo e distribuita attraverso le normali tubazioni idrauliche esistenti all’interno degli edifici.

Ma quali sono i benefici di una pompa di calore?

La pompa di calore è una tecnologia sostenibile, rinnovabile e conveniente.

Le pompe di calore possono utilizzare energia elettrica o altra fonte di energia per alimentare il compressore, ma la quantità di calore trasferita all’ambiente è significativamente maggiore rispetto all'energia consumata. Quindi, dal punto di vista energetico il processo alla base della pompa di calore è sempre conveniente.

È una tecnologia che contribuisce alla sostenibilità dell’ambiente e alla riduzione dei consumi energetici, con un risparmio economico in bolletta e un ritorno dell’investimento nel breve periodo, anche grazie agli incentivi statali e alle agevolazioni di cui si può beneficiare.

Può essere abbinata ad altre tecnologie rinnovabili ed energeticamente efficienti, come i pannelli solari termici e fotovoltaici, permettendo di realizzare edifici a basso consumo di energia, e può funzionare con diversi tipi di terminali in ambiente: caloriferi, ventilconvettori, pannelli radianti, etc.

Un impianto a pompa di calore permette inoltre di accrescere il valore economico dell’immobile sul mercato, anche ai fini di una compravendita immobiliare, in quanto contribuisce ad aumentare la classe energetica dell’edificio.

Quali sono le principali tipologie di pompe di calore?

Esistono tre tipi principali di pompe di calore: ad aria, ad acqua e geotermiche.

Le pompe di calore ad aria prelevano il calore dall’aria esterna e lo trasferiscono all’interno degli ambienti che si desidera climatizzare. Ne esistono di due tipi: aria-aria e aria-acqua.

Pompe di calore aria-aria: tolgono calore all’aria esterna (a bassa temperatura) per restituirlo a temperatura più elevata all’aria di uno o più locali.

Pompe di calore aria-acqua: sottraggono calore all’aria esterna (a bassa temperatura) e lo trasferiscono all’interno dell’abitazione, riscaldando l’acqua che circola nei terminali d’ambiente.

Nel caso delle pompe di calore ad acqua viene prelevato il calore da una risorsa idrica di superficie (quindi attinta da bacini quali fiumi, laghi, mare). Il principio di funzionamento è lo stesso delle pompe di calore ad aria, con il vantaggio che l’acqua, a differenza dell’aria esterna, mantiene una temperatura più stabile durante il corso dell’anno, migliorando le prestazioni della macchina. Ne esistono di due tipi: acqua-aria e acqua-acqua.

Pompe di calore acqua-aria: prelevano il calore dalle acque superficiali e lo trasferiscono a temperatura più elevata all’aria interna all’edificio, riscaldando gli ambienti.

Pompe di calore acqua-acqua: prelevano il calore dalle acque superficiali e lo trasferiscono all’interno dell’edificio, riscaldando l’acqua che circola nei terminali d’ambiente.

Le pompe di calore geotermiche usano come fonte di calore il terreno e le acque sotterranee. Il terreno, già a pochi metri di profondità, presenta una temperatura approssimativamente costante durante tutto l'anno, grazie alla crosta terrestre che trattiene e immagazzina il calore.

Anche le acque di falda, rispetto a quelle superficiali, risentono molto meno delle variazioni del clima esterno. Il trasporto dell'energia termica è effettuato lungo tubazioni che possono essere verticali o orizzontali.

Gli impianti verticali sono inseriti in perforazioni piuttosto profonde (pozzi veri e propri), mediante sonde geotermiche.

Quelli orizzontali, invece, sono impianti che possono avere uno sviluppo lineare, a serpentine o a spirale. 

La scelta della sorgente fredda esterna è importante e si riflette sia sulla prestazione energetica dell’impianto, sia sul dimensionamento della pompa di calore e sull’eventuale scelta di un sistema integrativo (caldaia a gas, resistenza elettrica).

La temperatura della sorgente termica esterna e i relativi andamenti stagionali sono quindi di estrema importanza per determinare le prestazioni di una pompa di calore.

Una soluzione molto economica dal punto di vista impiantistico e particolarmente adatta alle nostre zone climatiche è quella che utilizza come sorgente termica esterna l’aria, che ha il vantaggio di essere disponibile sempre e ovunque. In Italia esistono infatti le condizioni climatiche ideali per l’utilizzo delle pompe di calore ad aria in quanto le temperature medie invernali sono solitamente abbastanza miti.