CHE COS'E LA POMPA DI CALORE.

La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta. Essa opera con lo stesso principio del frigorifero e del Condizionatore d'aria.

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COME E' FATTA E COME FUNZIONA.

La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, percorso da uno speciale fluido (frigorigeno) che, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore.

II circuito chiuso è costituito da:

Il condensatore e l'evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè tubi posti a contatto con un fluido di servizio (che può essere acqua o aria) nei quali scorre il fluido frigorigeno. Quest'ultimo cede calore all'aria o acqua nel condensatore e - nel passaggio di stato da gassoso a liquido del fluido viene ceduto calore: latente o di condensazione - lo sottrae nell'evaporatore - nel passaggio di stato da liquido a gassoso viene sottratto calore: calore di evaporazione -.

I componenti del circuito possono essere sia raggruppati in un unico blocco, sia divisi in due parti (sistemi "SPLIT") raccordate dai tubi nei quali circola il fluido frigorigeno. Nel funzionamento il fluido frigorigeno, all'intemo del circuito, subisce le seguenti trasformazioni:

L'insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo della pompa di calore: utilizzando l'energia del compressore il fluido frigorigeno nell' evaporatore, assorbe calore dal mezzo circostante e, tramite il condensatore, lo cede al mezzo da riscaldare.

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EFFICIENZA DELLA POMPA DI CALORE.

Nel corso del suo funzionamento, la pompa di calore:

Il vantaggio nell'uso della pompa di calore deriva dalla sua capacità di fornire piü energia (calore) di quella elettrica impiegata per il suo funzionamento in quanto estrae calore dall'ambiente esterno (aria-acqua).

L'efficienza di una pompa di calore è misurata dal coefficiente di prestazione "C.O.P." che è il rapporto tra energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare) ed energia elettrica consumata.

Il C.O.P. è variabile a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento ed ha, in genere, valori prossimi a 3.

Questo vuol dire che per 1 kWh di energia elettrica consumato, fomirà 3 kWh (2580 kcal) di calore al mezzo da riscaldare.

Il C.O.P. sara tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura a cui il calore viene ceduto (nel condensatore) e quanto più alta quella della sorgente da cui viene assorbito (nell'evaporatore).

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SORGENTE FREDDA.

Il mezzo esterno da cui si estrae calore è detto sorgente fredda. Nella pompa di calore il fluido frigorigeno assorbe calore dalla sorgente fredda tramite l'evaporatore - il calore normalmente si trasferisce sempre dal corpo a temperatura maggiore a quello a temperatura minore, pertanto anche in un ambiente a 0°C si sottrae calore se il fluido è portato a temperatura più basse (ad esempio -10° C) -.

Le principali sorgenti fredde sono:

IL POZZO.

L'aria o l'acqua da riscaldare sono detti pozzo caldo.

Nel condensatore il fluido frigorigeno cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente fredda che l'energia fornita dal compressore.

Il calore può essere ceduto all'ambiente attraverso:

LE DIVERSE POMPE DI CALORE.

Le pompe di calore si distinguono in base alla sorgente fredda e al pozzo caldo che utilizzano. Possono quindi essere del tipo (supponendo di cedere ad un pozzo caldo costituito dall'aria):

aria - aria

APPLICAZIONI DELLA POMPA DI CALORE.

Le possibili applicazioni della pompa di calore sono:

CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI.

E' ormai attuale l'applicazione della pompa di calore per la climatizzazione degli ambienti nel settore residenziale e nel terziario (esercizi commerciali di medie dimensioni; parrucchieri; cucine di ristoranti; studi professionali), in alternativa ai sistemi convenzionali composti da refrigeratore più caldaia. La stessa macchina infatti, mediante una semplice valvola, è in grado di scambiare tra loro le funzioni dell'evaporatore e del condensatore, fomendo così calore in inverno e freddo in estate (tipo reversibile).

Diverse sono le applicazioni della pompa di calore nei settori terziario e industriale, ad esempio: La climatizzazione delle piscine, l'essiccazione e processi tecnologici a bassa temperatura nell'industria agro-alimentare, ecc.

RISCALDAMENTO DEGLI AMBIENTI E DELL'ACQUA SANITARIA.

La pompa di calore può essere utilizzata anche per la sola produzione di calore per il riscalda mento degli ambienti e dell'acqua sanitaria. In questi casi vanno attentamente valutati gli aspetti economici rispetto ai sistemi tradizionali quali caldaie e scaldabagni elettrici o a gas.

Per il riscaldamento degli ambienti gli impianti possono essere di tipo:

Si utilizza la configurazione monovalente quando la pompa di calore è in grado di coprire interamente il fabbisogno termico necessario al riscaldamento degli ambienti. Se la pompa di calore usa come sorgente l'aria esterna, tale configurazione è adottabile nelle zone climatiche dove la temperatura esterna scende raramente sotto agli 0° C.

In caso contrario si deve realizzare un sistema bivalente, costituito dalla pompa di calore e da un sistema di riscaldamento ausiliario, cioè una caldaia tradizionale che copra il fabbisogno termico quando la temperatura dell' aria scende solo al di sotto di 0° C.

Per il riscaldamento dell'acqua sanitaria occorrono serbatoi di accumulo più grandi di quelli impiegati nei normali scaldacqua in quanto la temperatura dell'acqua prodotta non supera i 50° C.

La legge prevede comunque limiti alla temperatura dell'acqua, di solito inferiore a 50° C.

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LE DIVERSE TAGLIE DELLA POMPA DI CALORE.

Attualmente, per la climatizzazione degli ambienti, sono in commercio diversi tipi di pompa di calore così classificabili:

PICCOLA POTENZA.

(fino a circa 2 kW) adatte a monolocali, utilizzabili anche per il riscaldamento dell'acqua sanitaria. Possono essere:

MEDIA POTENZA.

(da 10 a 20 kW) adatte a servire più locali, possono essere:

SCELTA DELLA POMPA DI CALORE.

Nella scelta della pompa di calore occorre considerare:

- le caratteristiche climatiche del luogo dove viene installata

- le caratteristiche tipologiche dell'edificio e le condizioni di impiego.

CARATTERISTICHE CLIMATICHE.

Le caratteristiche climatiche hanno importanza soprattutto qualora la sorgente fredda sia l'aria esterna; si può infatti avere, durante il periodo invernale, la formazione di brina sull'evaporatore, con conseguente cattivo scambio termico.

Per ovviare a questo inconveniente la pompa di calore è dotata di un dispositivo di sbrinamento (ad esempio una resistenza elettrica).

Tale problema tuttavia non si presenta se si utilizza, come sorgente fredda,aria estratta o acqua.

Il funzionamento della pompa viene comunque migliorato in presenza di alta umidità relativa esterna, caratteristica tipica delle zone marine.

CARATTERISTICHE TIPOLOGICHE.

Le caratteristiche tipologiche dell'edificio influenzano altresi la scelta del tipo di pompa di calore ad esempio:

in un appartamento vanno valutati gli spazi necessari per l'installazione e l'opportunità di utilizzare sistemi monoblocco o "split";

nelle case monofamiliari la pompa di calore può essere installata in cantina o nel locale caldaia. In questo caso, rumore e condensa legati alla pompa di calore, non danno problemi e la vicinanza di una caldaia tradizionale può renderne possibile l'impiego bivalente;

negli esercizi commerciali quali parrucchieri, cucine di ristoranti, ecc., l'installazione di una pompa di calore ad aria estratta può risultare molto conveniente poichè l'azione di raffreddamento e di deumificazione rende più confortevole l'ambiente di lavoro.

CONDIZIONI DI IMPIEGO.

Anche le condizioni di impiego nei diversi ambienti influenzano la scelta della pompa di calore; ad esempio se l'ambiente è destinato a residenza o ad attività lavorativa sedentaria non rumorosa, e consigliabile la scelta di una pompa di calore del tipo "split".

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DIMENSIONAMENTO.

Il dimensionamento dell'impianto a pompa di calore richiede un'accurata valutazione dei fabbisogni di calore: una valutazione in eccesso, con sovradimensionamento della pompa di calore, comporta un incremento dei costi di impianto e quindi una riduzione dei vantaggi economici che derivano dal suo impiego. E bene perciò che il dimensionamento venga valutato da un tecnico qualificato.

CLIMATIZZAZIONE.

Una pompa di calore a ciclo invertibile ha una capacità di raffrescamento di poco inferiore a quella di riscaldamento, pertanto il dimensionamento dell'impianto di climatizzazione va fatto, in generale, sulle esigenze di raffrescamento.

RISCALDAMENTO DEGLI AMBIENTI.

Il fabbisogno di calore dipende dalla localizzazione geografica dell'utenza: particolare attenzione va posta per le pompe di calore che impiegano l'aria quale sorgente esterna, in quanto il calore erogato diminuisce al diminuire della temperatura di questa. RISCALDAMENTO DELL'ACOUA SANITARIA Il fabbisogno medio giornaliero di acqua calda sanitaria a 45 °C espresso in litri/giorno è uno dei criteri di scelta dello scaldacqua a pompa di calore. Tale fabbisogno è riportato nella seguente tabella:

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INSTALLAZIONE DELLA POMPA DI CALORE.

La pompa di calore è una apparecchiatura che ha raggiunto una buona affidabilità, ma che richiede una corretta installazione ed un minimo di manutenzione per conseguire buone prestazioni nel tempo.

Come per il dimensionamento, anche per l'installazione è comunque opportuno rivolgersi ad installatori specializzati.

Vengono forniti di seguito alcuni consigli pratici, utili all'utente per focalizzare i problemi connessi all'installazione delle apparecchiature:

MANUTENZIONE

Alcuni interventi di ordinaria manutenzione sono indispensabili per il buon funzionamento della pompa di calore. Possono essere effettuati direttamente dall'utente ad intervalli regolari di tempo:

come consigliato dai libretti di istruzioni allegati alla pompa di calore.

E' viceversa necessario rivolgersi ad un tecnico specializzato o all'assistenza, qualora si riscontri un malfunzionamento della macchina.

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VALUTAZIONI.

Un parametro indicativo della convenienza economica di una pompa di calore rispetto ad un sistema tradizionale (caldaia più refrigeratore) è il tempo di ritomo attualizzato (TRA), cioe il tempo necessario perché i risparmi attualizzati, derivanti dai costi di gestione, siano pari al sovracosto iniziale della pompa di calore. In altre parole TRA è uguale al sovracosto dell'investimento diviso il risparmio attualizzato annuo. Per la generalità del casi, si può sostenere che si ha convenienza economica, se si impiega la pompa di calore per la climatizzazione, mentre tale convenienza si riduce notevolmente nelle applicazioni per sola produzione di acqua calda sanitaria e per solo riscaldamento. In quest' ultimo caso, le condizioni piü vantaggiose si ottengono con l'uso di una sorgente fredda diversa dall'aria (acqua o terreno), in quanto la pompa di calore, con questa sorgente, è in grado di coprire da sola il fabbisogno di calore. La tabella che segue relativa alla climatizzazione degli ambienti, si riferisce al confronto tra un impianto a pompa di calore e un impianto costituito da caldaia più refrigeratore.

CLIMATIZZAZIONE DEGLI AMBIENTI.

Le economie conseguibili nella climatizzazione degli ambienti con l'utilizzo della pompa di calore si riferiscono al minor consumo che questa consente, rispetto al sistema convenzionale, (caldaia) nel periodo invernale. I consumi estivi per il raffrescamento ambientale sono uguali sia che venga utilizzata la pompa di calore che il tradizionale condizionatore. Per il solo riscaldamento ambientale, le numerose configurazioni impiantistiche non consentono una sintesi di validità generale come per gli altri casi; tuttavia si può affermare che, ai costi attuali dei combustibili e dell'energia elettrica, il tempo di ritomo è superiore ad otto anni. Nel caso di utilizzo della pompa di calore per il solo riscaldamento dell'acqua calda sanitaria i tempi di ritorno dell'investimento sono superiori a 4 anni.

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