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Pompa di calore
CONSULENZA
Agg. marzo2024
Energia elettrica per riscaldare gli ambienti?
E' sempre più diffuso, ma fino a poco tempo fa sarebbe stato improponibile.
E' noto che un corpo caldo cede la propria energia ad uno più freddo, come fa la stufetta elettrica (a resistenza incandescente, o a lampade alogene irraggianti, o a pannelli radianti) che, con rendimento termico elevato (quasi il 100%), impiega questo principio primario.
Il 2° principio della termodinamica conferma invece che conviene detrarre calore a un corpo per trasferirlo a uno più caldo: col lavoro svolto da una pompa (il compressore), si detrae calore all'aria, all'acqua, alla terra all'esterno dell'ambiente da climatizzare e lo si trasferisce al fluido del ciclo, che poi lo cede all'ambiente interno.
Perciò l'energia elettrica assorbita non serve per scaldare bensì per azionare il motore della pompa.
Nel "ciclo frigo",
- la pompa compressore spinge e comprime il gas frigogeno (un gas che può liquefare in determinate condizioni di temperatura e pressione o, nel caso dell'ammoniaca un liquido che diventa gas) in un condotto "strozzato" mettendolo in pressione,
- il gas si liquefa e si scalda (la compressione richiede energia e sviluppa calore),
- il condotto attraversa un radiatore che scalda e dissipa il calore prodotto, raffreddando il liquido;
- il liquido fresco poi attraversa un orefizio (o valvola di espansione) e oltre trova il volume per espandersi, così tornando gas e raffreddandosi ancor più (l'espansione cede energia),
- successivamente il condotto attraversa un radiatore che diventa freddo;
quindi dei due radiatori, uno è caldo e l'altro è freddo, perciò a seconda del servizio di cui si necessita si disperde il caldo (per il frigorifero e il condizionatore) o il freddo (per la pompa di calore), i ventilatori accoppiati facilitano la trasmissione termica.
La macchina termica "climatizzatore" è reversibile, cioè funziona come "pompa di calore" d'inverno e come "refrigeratore" d'estate.
Il calore estratto dall'ambiente esterno tramite il lavoro della pompa, diventa calore da trasferire all'ambiente da scaldare; ecco che, col modesto impiego di energia elettrica destinata al solo motore, si può disporre di molta energia termica.
Dato che il rendimento è il rapporto tra l'energia elettrica assorbita e l'energia che la macchina rende per ottenere lo scopo desiderato, semplicemente trasferendo energia, le pompe di calore soddisfano lo scopo desiderato e offrono veri rendimenti multipli del 100%
Il rendimento della macchina dipende dall'accortezza del progetto e costruzione di qualità, ma anche per la stessa macchina non è costante, infatti varia anche in relazione alla temperatura esterna.
Il rendimento della potenza termica della pompa di calore è stabilito dal Coefficiente di Prestazione Energetica (COP) che diminuisce per temperature esterne molto fredde; dalla scheda tecnica perciò si potrebbe notare che il rendimento di conversione elettrico-termico COP può essere da doppio finanche a quintuplo e oltre, per esempio per le macchine che vengono progettate per funzionare in zone climatiche molto fredde del Nord Europa.
Il rendimento della potenza frigorifera è invece l'Indice di Efficienza Elettrica (EER).
Per quanto descritto, si è diffusa la climatizzazione degli ambienti che impiega l'elettricità come unica fonte energetica.
Senz'altro conviene all'ambiente, in quanto se le macchine a combustione offrono rendimento potenziale 100% (109% delle caldaie a condensazione), per le pompe di calore si parte dal 200% finanche al 550% e non si emettono esalazioni, né gas ad effetto serra, perché possono essere alimentate da fonti rinnovabili.
La convenienza economica d'utilizzzare l'energia elettrica per riscaldare anziché il gas metano dipende dal confronto del prezzo del carburante con quello del chilowattora elettrico e della disponibilità di propri pannelli fotovoltaici, ma soprattutto dal rendimento COP della macchina e dall'isolamento termico dell'edificio.
DOMANDE E RISPOSTE FREQUENTI
Quali tecnologie estraggono calore? Ci sono più tipi di pompe di calore:
1) aria-aria: trae calore dall'aria esterna e lo trasferisce all'interno per mezzo di un solo mobiletto ventilatore “split”;
2) aria-acqua: l'energia sottratta all'esterno viene trasferita all'acqua del circuito interno e distribuita a bassa temperatura 25°-30°C a più termosifoni o a pannelli radianti disposti nel pavimento; si può impiegarla anche per la produzione di acqua calda sanitaria;
3) ad acqua: trae l'energia dai bacini idrici, laghi, fiumi, dal mare le cui temperature sono più stabili dell'aria e quindi il rendimento viene ottimizzato;
4) geotermiche: il calore è prelevato dal terreno o dalle falde e quindi il rendimento è molto stabile perché la temperatura sotterranea è di circa 12°quindi consumano poca energia ma l'installazione è onerosa.
Conviene usare le pompe di calore anziché la caldaia? Le risposte sono più di una. La caldaia serve solo d'inverno; invece la pompa di calore climatizza estate/inverno, in più per palestre e grandi ambienti, elimina il problema della Prevenzione Incendi per la centrale termica.
Perché il rendimento delle pompe di calore è molto maggiore del 100%? Perché l'energia elettrica è solo un mezzo che serve per estrarre l'energia dei corpi, che già la possiedono.
Ci sono controindicazioni per l'impiego di pompe di calore? Per le pompe di calore, i limiti sono il gas frigogeno e il congelamento della condensa che, con clima molto freddo, necessita del ciclo di sbrinamento perciò riduce l'efficacia COP ed aumenta i consumi.
Lo scambio avviene a bassa temperatura, quindi viene meno la "spinta termica" iniziale che i bruciatori possono invece dare: la condizione non è ottimale per l'avvio termico degli ambienti, ma la ventilazione temperata offre subito piacevolezza e poi, a regime, migliora il comfort che è più stabile.
Ai fini del risparmio, è importante la pulizia degli scambiatori; per similitudine, anche un ciclo frigo con serpentina calda, sporca e impolverata fatica a cedere calore all'ambiente e perciò deve avviare frequentemente il compressore, comportando così più spreco energetico.
L'impiego di pompe di calore è ecologico? Rispetto le caldaie, si evita l'immissione di energia in atmosfera. A ciò subentra un quesito meteo: se in città le pompe di calore fossero tante e ravvicinate, d'estate sarebbero una colonna d'aria calda che faciliterebbe il vorticosio, i cumuli, la grandine; d'inverno le città sarebbero gelate e le pompe si affaticherebbero tra loro.
Che differenza c'è tra funzionamento ON-OFF e inverter? L'azionamento del motore può essere termostatico ON-OFF (motore acceso o spento, tipico dei condizionatori), oppure ad inverter, che è un dispositivo elettronico che pilota il motore del compressore e della ventola, variandone la velocità di rotazione secondo necessità (è più silenzioso a regime climatizzato e riduce i consumi).
- Progetto d'ampliamento potenza impiantistica e contrattuale, del quadro elettrico e della linea)
