Pompe di Calore
La caldaia fornisce calore in funzione della quantità e del potere calorifico del combustibile. La pompa di calore non ha limiti di questa natura rispetto all’energia immessa. Se si trovano temperature di funzionamento e fluidi adatti, la pompa può trasportare quantità di calore indefinitamente grandi a parità di energia elettrica utilizzata. Le pompe di calore, quindi, consentono elevati risparmi di energia primaria.
Ma non solo. C’è un altro fattore importante da considerare: a parità di calore prodotto, le pompe di calore emettono meno CO2 rispetto a qualsiasi altro combustibile convenzionale, contribuendo, insieme al risparmio energetico, al raggiungimento degli obiettivi europei di riduzione dei consumi di energia primaria, riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra ed incremento del contributo energetico prodotta da fonti rinnovabili.
Cos’è la pompa di calore? E’ un “sistema” capace di trasferire il calore da una sorgente a temperatura inferiore a un utilizzatore a temperatura superiore, realizzando quindi una trasformazione in senso inverso a quanto avviene in natura ove il flusso termico passa solo dalla temperatura superiore a quella inferiore (ciclo di Carnot). Si può immaginare il ciclo come composto da quattro fasi: condensazione ed evaporazione, le più importanti, e laminazione e compressione, quelle accessorie. Nelle fasi principali, che hanno luogo all’interno di scambiatori di calore, avvengono le trasformazioni chiave: nell’evaporazione il fluido passa dallo stato liquido allo stato gassoso asportando calore dall’ambiente in cui è posto lo scambiatore, raffreddandolo. L’altra fase chiave è la condensazione: in questo caso è più arduo rappresentare il fenomeno con un esempio fisiologico; il fluido uscito allo stato gassoso dall’evaporatore passa attraverso un compressore, dove acquista temperatura e pressione elevate e successivamente viene raffreddato fino a diventare liquido; il ciclo si completa con il ritorno nell’evaporatore previo abbassamento di pressione.
Se si utilizza la bassa temperatura e si scarta l’alta temperatura come scarto si ha una macchina frigorifera. Viceversa, se si usa il caldo e si scarta il freddo, si ha la pompa di calore.
Il rapporto fra l’energia elettrica immessa per fare funzionare una pompa di calore e l’energia trasportata dipende da tantissimi parametri fra cui principalmente la temperatura a cui avvengono gli scambi termici ed il tipo di fluido utilizzato. Questo rapporto di resa (COP: Coefficient Of Perfomance) è tipicamente superiore a 3 e raggiunge, in alcuni casi, valori anche superiori a 6 e più. Una pompa di calore che ha un COP di 4 significa che produce in calore 4 volte l’energia elettrica consumata. A titolo di confronto, nelle caldaie il rapporto fra l’energia immessa attraverso il metano e il calore ottenuto sotto forma di acqua calda è al massimo pari a 1.
Il COP di una pompa di calore da quali fattori e’ influenzato e come può essere migliorato? Il lavoro meccanico necessario per trasferire calore da una sorgente a temperatura più bassa ad una a temperatura più alta dipende da quanto sono distanti queste 2 temperature e quindi dal valore della differenza. Più le temperature sono vicine e minore sarà il lavoro meccanico necessario al trasferimento di calore; va da se quindi che una pompa di calore usata per riscaldare un ambiente avrà una resa (COP ) migliore quanto più alta sarà la temperatura della fonte “fredda” di calore.
Quali tipologie di pompe di calore sono disponibili? La fonte fredda di calore usata ne caratterizza solitamente il tipo; abbiamo cosi pompe di calore:
- geotermiche, quando la fonte e’ un pozzo scavato nel terreno;
- ad acqua, se la fonte e’ il calore sottratto all’acqua di una falda o un fiume;
- areoterme, quando la fonte di calore e’ l’aria esterna.
Solitamente quelle geotermiche e ad acqua hanno COP piuttosto alti e costanti nel tempo, ma a costi impiantistici molto alti; viceversa quelle ad aria hanno un COP più variabile ma costi molto più contenuti.
Come tutte le tecnologie, anche le pompe di calore hanno dei limiti: l’acqua calda prodotta con le tecnologie attuali è abbastanza bassa ed al salire della temperatura scende sensibilmente la resa. Quindi occorre utilizzare tecnologia distributiva a basse temperature (soffitti e pavimenti radianti, per esempio) e avere sistemi per lo scambio dell’aria (unità di trattamento dell’aria e fan coil) con batterie maggiorate.
