Pompa di calore

La pompa di calore è un apparecchio in grado di prelevare calore da un ambiente freddo e trasferirlo ad un altro più caldo.

-La pompa di calore può funzionare sia elettricamente (sistema a compressione) sia con calore prelevato dai combustibili fossili o da altre fonti termiche quali il sole (sistema ad assorbimento).

In pratica l’apparecchio funziona come un comune frigorifero. La pompa di calore attualmente più diffusa nel mondo è quella a compressione, azionata elettricamente.

Per coloro che non hanno dimestichezza con la fisica, l’intero processo può essere riassunto in tal modo. L’apparecchio è in grado di prelevare calore anche dall’aria fredda dell’ambiente esterno e cedere questo calore all’ambiente che si vuole riscaldare. Tale è il processo attuato dalla pompa di calore in inverno. Durante l’estate gli apparecchi a pompa di calore “reversibile” (una semplice valvola a quattro vie permette questa funzione) sono in grado di “prelevare” calore dall’ambiente interno (in tal modo raffreddandolo) e “cederlo” all’aria calda dell’ambiente esterno.

Il motivo per cui, in fase di riscaldamento, la pompa di calore si presenta come un sistema che permette di risparmiare energia primaria (metano, olio combustibile), divenendo così anche economicamente conveniente per l’utente finale, è da ricercarsi nel fatto che il sistema è in grado di cedere all’ambiente da riscaldare il calore (del tutto gratuito) assorbito dall’ambiente esterno freddo, maggiorato della parte corrispondente al lavoro meccanico del compressore trasformato in calore (cioè del consumo reale di energia, il solo che effettivamente viene pagato). Esempio: Riscaldo con 3500 W ma pago solo per 1000 W (perchè 1000 W sono quelli assorbiti dalla macchina, e 2500 sono quelli assorbiti dall’ambiente esterno e “pompati” all’interno, ma comunque già esistenti). Il rapporto di cui sopra varia in base a diversi fattori, dei quali i più importanti sono: temperatura esterna, temperatura del gas nell’unità interna (più bassa se la velocità della ventola è più alta e scambia quindi più calore, ), temperatura interna.

La pompa di calore costituisce un sistema che permette di “risparmiare energia” e di essere così economicamente conveniente per l’utente ,soprattutto perché il calore “gratuito” prelevato dall’ambiente è, non sempre ma in gran parte dei casi), quantitativamente superiore a quello ceduto dal compressore, ed effettivamente “pagato” dall’utente.
Il sistema a pompa di calore può essere “reversibile”, cambiando cioè la sua funzione (da riscaldatore a raffrescatore). Si realizza così la possibilità di “climatizzare” un ambiente per un intero anno (condizionamento estivo e riscaldamento invernale) con un unico sistema.

La pompa di calore (come è peraltro riconosciuto dalle specifiche leggi sul risparmio energetico (L.308/82,L. 9/91,L.10/91 e relativi regolamenti di attuazione) è un sistema che può realizzare un reale uso razionale dell’energia poiché:

– Permette un risparmio di energia, inducendo di conseguenza anche una riduzione dell’impatto ambientale imputabile all’impiego di combustibili fossili;

– E’ un sistema più flessibile rispetto all’impiego di “due” differenti apparecchi per riscaldare e raffrescare un ambiente;

– La pompa di calore azionata elettricamente (sistema a compressione) oltre ad essere molto sicura ed altamente affidabile, non inquina l’ambiente anche per l’assenza di emissioni nocive in atmosfera nel luogo di installazione.

Nella scelta della pompa di calore ci si trova di fronte a diverse scelte da operare, tra le quali:
Classe energetica: indica il rendimento energetico dell’apparecchio. Una classe bassa, ad esempio la G costerà di più nell’uso ma avrà un costo minore di acquisto. Ovvio che per la propria residenza conviene optare per un sistema a rendimento più alto, in quanto la differenza di consumo ripagherà del costo superiore in poco tempo. Diverso il discorso per la “casa delle vacanze, che se poco utilizzata avrebbe un ammortamento in un tempo più lungo. Generalmente poi, apparecchi di qualità (e costo) superiore hanno altri vantaggi, quali ad esempio la ridotta rumorosità (sia interna che esterna). Un modello a bassa efficienza può costarvi molte decine di euro in più all’anno di maggior consumo energetico.
Gas refrigerante impiegato: Per motivi ecologici legati al refrigerante impiegato, si sta passando dallo R407 allo R410. Il 407 è una miscela di refrigeranti che è in grado di funzionare su macchine di vecchia generazione che impiegavano un refrigeranti ora fuori norma. Lo R410 e lo R410 A, necessitano di macchine progettate appositamente (pressioni operative maggiori) e spesso (ma non necessariamente) hanno anche una classe energetica superiore. La differenza è tutta qui.

Sistemi ad inverter: indicano la presenza di un compressore particolare associato ad un elettronica di controllo più sofisticata. Il vantaggio nel comfort è che la temperatura viene modulata in  modo continuo a seconda della differenza tra la temperatura impostata e quella dell’ambiente, e non con modalità acceso/spento (assenza di sbalzi nella temperatura di uscita). Altro vantaggio è nella assenza di spunto elettrico (il picco di assorbimento all’avvio), vista l’avviamento progressivo. Anche l’efficienza elettrica, soprattutto quella a caldo è superiore.
Esistono poi altre due categorie principali:

– Sistema monosplit o multisplit (a grandi linee un solo “compressore” per più posti interni). Il vantaggio è nel minor numero di unità esterne installabili. Occorre considerare però che il rendimento cala se si usa solo una parte della macchina.

– Sistema ad espansione diretta (il classico, dove il gas refrigerante viene fatto circolare direttamente all’interno dell’unità interna)  o ad acqua (dove, analogamente a quanto avviene con una caldaia tradizionale, viene riscaldata dell’acqua che poi circola per tutto l’ambiente interno cedendo calore tramite fancoil, termoarredo, termosifoni, etc.)

– Sistema a ventilconvettori singoli o canalizzato (dove un solo ventilconvettore manda aria in più ambienti tramite appositi condotti d’aria)

La scelta va fatta caso per caso, considerando, oltre ai fattori oggettivi, anche le proprie preferenze individuali.

Nei sistemi ad espansione gassosa, è importante, per il funzionamento a caldo, che l’unità non sia montata troppo vicino al soffitto, in quanto la presenza di aria molto più calda in alto (stratificazione) obbliga la macchina a lavorare con una differenza di temperatura superiore tra esterno ed interno e questo, oltre a sollecitarla di più, ne abbassa di conseguenza anche il rendimento (nelle macchine ad espansione gassosa il rendimento può calare di circa il 10-20% anche con la velocità della ventola interna al minimo).

DIMENSIONAMENTO DELL’IMPIANTO

Per dimensionare un impianto di climatizzazione esistono diversi metodi. Ovvio che un metodo complesso che prenda in considerazione tutte le variabili è il migliore e alla lunga porta anche ad un considerevole risparmio.

Esistono anche vari metodi empirici. Qui a seguire semplici indicazioni per il dimensionamento di un impianto.

Il metodo semplificato: per ogni metro cubo da climatizzare occorrono 30 kcalorie/ora in riscaldamento, e 25 kcalorie/ora in raffreddamento. Ad esempio, per una stanza di dimensioni 4×5 metri ed alta 3, la capacità necessaria è di (4x5x3)x30 = (60metri cubi) x 30 = 1800 kcal/h, ovvero circa 7000 BTU in riscaldamento, e 1500 kcal/h (6000 BTU) in raffreddamento.

Oppure: indicativamente calcolare una potenza di 6.000-8.000 Btu/h per ambienti tra i 15 e i 20 mq di superficie, di 9.000-10.000 Btu/h per quelli tra i 20 e i 30 mq, e di 11.000-14.000 Btu/h per locali tra i 30 e i 40 mq.

Si può effettuare una correzione per attualizzare il calcolo in base alle caratteristiche di finestre e pareti.