Le pompe di calore sono una tecnologia sempre più diffusa per quanto riguarda il campo del riscaldamento e del condizionamento dell’aria. Questi dispositivi vanno avanti grazie a principi termodinamici che servono a trasferire il calore da una sorgente a bassa temperatura ad un ambiente che abbia temperatura più elevata. Ma qual è il funzionamento di una pompa di calore e quali sono tutti i cicli che ne permettono il suo processo?
Il principio di funzionamento della pompa di calore
Una pompa di calore funziona grazie al ciclo termodinamico che permette il trasferimento di calore da una sorgente fredda ad una più calda. Il ciclo termodinamico che viene utilizzato comunemente è il ciclo di compressione e decompressione del refrigerante (il quale è noto come ciclo di Carnot inverso). Tale ciclo, il quale si ripete continuamente in modo che la temperatura desiderata all’interno dell’edificio venga mantenuta in maniera costante, funziona attraverso quattro fasi:
- Evaporazione: la pompa di calore si occupa di prelevare il calore dalla sorgente a bassa temperatura (basti pensare, per esempio, all’aria esterna o al terreno) grazie all’evaporazione di un fluido refrigerante. Il refrigerante assorbe il calore e si trasforma da liquido a vapore.
- Compressione: il vapore di refrigerante compresso viene inviato ad un compressore, nel quale la sua pressione e temperatura aumentano in modo significativo. Questo processo ha bisogno, solitamente, di energia elettrica.
- Condensazione: il vapore ad alta pressione e temperatura rilascia il calore accumulato all’interno dell’edificio attraverso un condensatore. Attraverso questo processo, il refrigerante ritorna poi al suo stato liquido.
- Espansione: il refrigeramento liquido, ormai diventato di bassa pressione, passa attraverso un dispositivo di espansione che lo riporta al punto di partenza (l’evaporatore), completando finalmente il ciclo.
Le componenti chiave della pompa di calore
Le pompe di calore sono costruite attraverso la realizzazione di diverse componenti che sono importantissimi per mantenere il corretto funzionamento del sistema. Le componenti chiave della pompa di calore sono le seguenti:
- Evaporatore: si tratta del componente responsabile per l’assorbimento del calore dalla sorgente a bassa temperatura, risultando fondamentale per l’evaporazione del refrigerante.
- Compressore: si tratta del componente che aumenta la pressione e la temperatura del vapore di refrigerante. Questo passaggio è estremamente importante ed ha bisogno dell’utilizzo di energia elettrica.
- Condensatore: si tratta del componente che, in questa parte del ciclo, permette che il vapore ad alta pressione rilasci il calore all’ambiente interno.
- Dispositivo di espansione: si tratta di una parte che riduce la pressione del refrigerante liquido e lo prepara per il ritorno all’evaporatore, completando il ciclo.
Le applicazioni della pompa di calore
Le pompe di calore sono versatili e trovano il loro impiego attraverso l’uso di diverse applicazioni, le quali sono le seguenti:
- Riscaldamento residenziale: le pompe di calore sono spesso utilizzate per il riscaldamento delle abitazioni. Possono prelevare il calore dall’aria esterna, dal suolo o dall’acqua.
- Condizionamento dell’aria: in modalità inversa, una pompa di calore può invece essere utilizzata per raffreddare un ambiente, rimuovendo il calore all’interno e rilasciandolo all’esterno.
- Acqua calda sanitaria: le pompe di calore possono anche essere utilizzate per riscaldare l’acqua sanitaria, permettendo in questo modo un’alternativa efficiente ed ecologica rispetto agli scaldacqua tradizionali.
- Applicazioni industriali: le pompe di calore vengono utilizzate in diversi settori industriali per il raffreddamento di processi oppure per la produzione di calore.
I vantaggi della pompa di calore
La pompa di calore può offrire diversi vantaggi, tra cui l’efficienza energetica, la riduzione delle emissioni di gas serra e la flessibilità delle fonti di calore utilizzate. Tuttavia alcune sfide includono il costo iniziale più elevato rispetto ai sistemi convenzionali, ma, dopo il grande investimento, la pompa di calore risulta essere un grandissimo risparmio a lungo termine, permettendo di non dover più spendere grandi cifre per moltissimi anni.
