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 la produzione di acqua calda sanitaria delle proprie abitazioni. Scopriamo insieme perché e come funzionano.

Come funziona la pompa di calore?

Per capire i benefici di una climatizzazione affidata ad una pompa di calore e, nel caso specifico, ad una pompa di calore aria-acqua, occorre capire anzitutto come funziona.

• In sostanza, se la consideriamo nella sua funzione di generatore di calore, la pompa di calore trasferisce l’energia termica dall’aria esterna per riscaldare l’acqua dell’impianto. Per il suo funzionamento, gioca un ruolo chiave il fluido refrigerante al suo interno: il fluido, attraverso il passaggio di stato fluido-aeriforme e viceversa, rende possibile l’acquisizione o la cessione di calore.
• L’acqua calda riscaldata viene poi utilizzata come mezzo per riscaldare gli ambienti interni (attraverso termosifoni o riscaldamento radiante), in modo da garantire il giusto comfort durante la stagione invernale.
• Il fluido refrigerante passa attraverso un evaporatore, in cui assorbe il calore dell’aria, dell’acqua o del sottosuolo e quindi evapora.
• A seconda della fonte di calore, possiamo distinguere tra pompe di calore aria - aria, pompe di calore aria - acqua (per produrre acqua calda sanitaria), pompe di calore ad acqua e pompe di calore geotermiche.
• Come secondo passaggio, via compressore, il fluido è trasformato in stato gassoso e riscaldato.
• È poi convogliato in un condensatore e torna allo stato liquido, cedendo il calore all’ambiente: pensiamo per esempio all’acqua che passa per i radiatori, riscaldandoli.
• Infine il fluido scorre all’interno di una valvola di espansione e si raffredda.

L’efficienza di questa tipologia di generatori di calore è indicata dal Coefficiente di prestazione che indica il rapporto tra l’energia termica fornita 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 nel corso della stagione estiva. 

• In fase di riscaldamento, l’energia termica è recuperata dalle unità esterne, anche in presenza di temperature basse, da fonti rinnovabili come l’aria. 
• Il calore viene ceduto all’interno di casa tramite l’impianto di riscaldamento (termosifoni, riscaldamento a pavimento o termoconvettori, per esempio).

Per il raffrescamento, il processo è opposto.

• Il calore è assorbito dall’evaporatore nell’ambiente interno che così viene raffreddato. 
• Il calore è ceduto all’esterno dal liquido refrigerante, che si raffredda e condensa. 

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. 

Nel linguaggio comune, d’altra parte, si sovrappongono spesso le parole climatizzatore e condizionatore: due modi per indicare lo stesso obiettivo, vale a dire rinfrescare gli ambienti interni quando il caldo estivo li rende poco accoglienti e vivibili. A ben guardare, però, la differenza è piuttosto chiara dato che il climatizzatore contribuisce anche al loro riscaldamento. 

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. 

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.

Come fa a raffreddare la pompa di calore?

Il procedimento con il quale la pompa di calore raffresca avviene nel senso opposto rispetto a quello per il riscaldamento. 

• Per riscaldare, il fluido refrigerante assorbe il calore dall’ambiente esterno per cederlo a quello interno, anche quando la temperatura esterna è bassa.
• Per il raffrescamento, assorbe il calore presente negli ambienti interni, lo raffredda e lo cede all’ambiente esterno.

Sono cinque i passaggi che descrivono il funzionamento.

• Quando la pompa di calore è impostata sulla modalità raffreddamento, il fluido refrigerante al suo interno assorbe il calore dell’aria calda che si è accumulata nella casa.
• Una volta riscaldato, il fluido viene compresso: si tratta di un procedimento (compressione) che aumenta ulteriormente la sua temperatura.
• A questo punto è indirizzato verso lo scambiatore esterno: qui viene rilasciato il calore accumulato.
• “Espulso” il calore, il fluido si espande e riduce la sua temperatura.
• Viene dunque introdotto nuovamente negli ambienti interni per assorbire altro calore per un ciclo di raffreddamento continuo.

È importante, a questo punto, concentrarsi sulle differenze tra pompe di calore e climatizzatore per comprendere meglio come operano le prime. Le pompe di calore aria-acqua possono, infatti, sfruttare un impianto di riscaldamento a pavimento, producendo l’acqua fredda da far circolare all’interno dei tubi e riducendo la temperatura interna di circa 3° C. 

L’acqua fredda è impiegata anche da ventilconvettori, conosciuti come fan coil: sono uno strumento più efficace e immediato rispetto al sistema a pavimento. I fan coil agiscono inoltre come deumidificatori: un’aria meno umida non solo è più tollerabile, ma anche più salubre per gli abitanti di casa. 

Le pompe di calore solitamente includono la funzione di raffrescamento: una volta installate, non sono necessari altri interventi, se non l’aggiunta di ulteriori fan coil per ottenere il massimo beneficio. 

Per contenere le spese energetiche del cosiddetto raffreddamento attivo, si possono combinare pompe di calore e un impianto solare termico o fotovoltaico per immagazzinare l’energia richiesta per l’intero processo e abbattere i costi operativi.

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

Esiste dunque una netta differenza tra climatizzatore e pompa di calore? Proviamo a fare chiarezza.

Se valutiamo le ragioni di utilizzo, il climatizzatore è impiegato tendenzialmente in estate per avere un clima interno fresco e deumidificato. La pompa di calore è vista invece, prima di tutto, come alternativa alla caldaia e quindi per scaldare. 

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 i climatizzatori più moderni dispongono di una modalità di riscaldamento da attivare in inverno quando si vuole raggiungere in meno tempo un calore avvolgente, per poi mantenere il giusto comfort con il riscaldamento tradizionale. 

Ci troviamo così di fronte ad una tipologia di pompa di calore aria-aria. Tramite un sistema composto da una o più unità interne collegate ad una esterna, la pompa rimuove il calore dentro le mura di casa per disperderlo all’esterno. Allo stesso tempo, l’aria raffreddata è distribuita nelle stanze dagli split fissati alle pareti.

Quando è impostata per il riscaldamento, il climatizzatore cattura il calore dall’aria esterna e lo immette nell’abitazione attraverso le unità interne.