Le pompe di calore sono indubbiamente le nuove protagoniste nel mercato dei generatori di calore, grazie soprattutto alle elevate prestazioni in termini di efficienza energetica. Le pompe di calore sono una soluzione avanzata non solo per il riscaldamento, ma anche per il raffrescamento e per produrre acqua calda sanitaria delle abitazioni. Scopriamo insieme perché e come funzionano.

Che cos'è una pompa di calore?

La pompa di calore è un generatore che basa il suo funzionamento sul ciclo frigorifero, un particolare ciclo termodinamico che permette di sottrarre il calore da una sorgente fredda per cederlo ad una sorgente più calda.

Come funziona una pompa di calore e quali sono i principali componenti?

La pompa di calore basa il suo funzionamento sull’impiego di fluidi con speciali proprietà termodinamiche, denominati fluidi frigoriferi.

Il fluido frigorifero è caricato all’interno di un circuito chiuso denominato circuito frigorifero, i cui principali componenti comprendono l’evaporatore, il compressore, il condensatore e la valvola di laminazione. Passando di componente in componente, il fluido cambia di stato e la pompa opera in modo da raggiungere il risultato richiesto. Analizziamo insieme i diversi passaggi.

• Evaporatore. Al suo interno il fluido frigorifero, allo stato liquido, evapora passando allo stato aeriforme attraverso lo scambio di calore con una sorgente esterna (ad es. aria o acqua);
• Compressore. A valle dell’evaporatore, il fluido frigorifero allo stato gassoso arriva al compressore, componente dove il fluido viene compresso e riscaldato;
• Condensatore. Successivamente, il fluido condensa, passando dallo stato gassoso allo stato liquido attraverso la cessione del calore accumulato nelle precedenti due fasi, cedendo calore al fluido esterno (ad es. aria o acqua)
• Valvola di laminazione. Infine, una volta condensato, il fluido viene fatto passare all’interno di un organo di laminazione, all’interno del quale ne viene ridotta la pressione del fluido, garantendone inoltre il raffreddamento.

Come funziona una pompa di calore?

La pompa di calore è un generatore che basa il suo funzionamento sul ciclo frigorifero, il quale necessità lo scambio di calore attraverso sorgenti esterne.

Basandosi sul tipo di fonte energetica, le pompe di calore si dividono in quattro tipologie.

• Pompe di calore aria-aria: sono dispositivi che utilizzano l’aria per lo scambio di calore diretto con il fluido frigorifero sia nell’evaporatore sia nel condensatore.
• Pompe di calore aria-acqua: utilizzano aria per lo scambio di calore diretto con il fluido frigorifero nell’evaporatore, mentre utilizzano acqua per lo scambio di calore nel condensatore.
• Pompe di calore acqua-acqua: utilizzano l’acqua per lo scambio di calore diretto con il fluido frigorifero sia nell’evaporatore sia nel condensatore.
• Pompe di calore geotermiche: utilizzano il calore del sottosuolo attraverso sonde geotermiche per lo scambio di calore diretto con il fluido frigorifero nell’evaporatore.

L’efficienza di questi generatori di calore è misurata con coefficienti diversi a seconda che si vogliano misurare le prestazioni durante il funzionamento in riscaldamento o in raffrescamento. In caso di funzionamento in riscaldamento viene utilizzato il coefficiente di prestazione o COP. Il COP indica il rapporto tra l’energia termica fornita e l’energia elettrica consumata per il suo funzionamento.

Al COP si aggiunge un secondo coefficiente specifico per misurare le prestazioni durante il funzionamento in raffrescamento, chiamato indice di efficienza energetica, o EER che indica il rapporto tra l’energia termica asportata all’ambiente interno e l’energia elettrica consumata per il suo funzionamento.

Grazie alla tecnologia evoluta di cui sono dotate, il consumo energetico è ridotto, rendendo la pompa di calore un’ottima scelta anche in ottica ambientale.

Cosa si intende per impianto di climatizzazione a pompa di calore?

Come anticipato, la pompa di calore non si limita al riscaldamento: al contrario, contribuisce al raffrescamento e alla deumidificazione nel corso della stagione estiva.

Prendendo in esame una pompa di calore aria-acqua, in fase di riscaldamento:

• l’energia termica è assorbita dall’aria attraverso l’evaporatore, anche in presenza di temperature basse
• Il calore viene poi scambiato con l’acqua d’impianto per mezzo del condensatore, distribuito all’interno dell’abitazione e ceduto all’interno di casa attraverso i terminali d’impianto (come ad esempio termosifoni, riscaldamento radiante o termoconvettori).

Per il raffrescamento, il processo è opposto.

• L’energia termica dell’acqua d’impianto viene assorbita dall’unità attraverso l’evaporatore, andando a raffrescare la temperatura dell’acqua che andrà poi a raffrescare l’ambiente indoor attraverso i terminali d’impianto (in questo caso fancoil o raffrescamento radiante);
• Il calore viene poi ceduto poi all’esterno attraverso lo scambio di calore tra condensatore e aria esterna.

Se consideriamo le due funzioni, possiamo facilmente concludere come le pompe di calore offrano un’esperienza di climatizzazione completa. L’espressione climatizzazione, infatti, fa riferimento alle condizioni termiche ideali per gli spazi usati dalle persone per le loro attività quotidiane, in ogni momento dell’anno e a qualsiasi situazione climatica.

 Le pompe di calore sono particolarmente utilizzate negli edifici di nuova costruzione, la cui progettazione tiene conto del loro impatto ambientale. Sfruttando le energie rinnovabili, hanno performance energetiche ottimali con ricadute positive sulla loro sostenibilità e sulle spese energetiche sostenute dagli utenti.

D’altra parte, abbiamo visto come le pompe di calore aria-acqua possono essere sfruttate per rinfrescare casa con gli impianti a pavimento e i fan coil. Una pompa aria-acqua attinge da una fonte rinnovabile (l’aria) per produrre calore che circola come acqua calda o fredda, a seconda dell’esigenza, nelle tubature. Ovviamente, nel caso di impianto a radiatori, la funzione di raffrescamento non è possibile.

Allo stesso tempo assicurano un impatto positivo per le case più datate e rappresentano l’alternativa ideale alle tradizionali caldaie a gas che, tra l’altro, non potranno più essere installate a partire dal 2040, in seguito all’approvazione della direttiva europea Case green, che ha sancito lo stop agli impianti di riscaldamento a combustibile fossile. A fronte di un importante investimento iniziale, portano considerevoli vantaggi economici, tra cui l’aumento di valore dell’immobile per una migliore efficienza energetica.

Per contenere le spese energetiche del cosiddetto raffreddamento attivo, andando a combinare pompe di calore e sistema fotovoltaico, è possibile ottenere significativi vantaggi in termini di risparmio energetico, massimizzando la sostenibilità dell’impianto.

Che differenza c'è tra climatizzatore e pompa di calore?

Per un occhio meno esperto, lo schema di funzionamento di una pompa di calore potrebbe richiamare quello di un climatizzatore: non è un caso, infatti, che gli utenti si chiedano quale sia la differenza tra un climatizzatore e una pompa di calore e se esista effettivamente una netta distinzione tra i due dispositivi.

Proviamo a fare chiarezza.

• Innanzitutto, è bene specificare che la comparazione deve essere fatta con una specifica categoria di pompe di calore, quelle aria-aria.
• Entrambi i generatori utilizzano un fluido frigorifero, operano per mezzo di un circuito frigorifero e sono composti da un’unità esterna, la quale può essere abbinata a una (sistema monosplit) o più (sistema multisplit) unità interne.
• La principale differenza sta nel fatto che le pompe di calore possono invertire il flusso del ciclo frigorifero, in modo da assicurare non solo il condizionamento e la deumidificazione estiva, ma anche il riscaldamento nei mesi invernali.