Questa volta vogliamo parlare delle pompe di calore; un mondo che, se possibile, è ancora più vasto di quello della biomassa.

La pompa di calore è una macchina capace di trasferire energia termica da un vettore ad un altro con un senso inverso a quello che la fisica vorrebbe.

Normalmente le temperature diverse fra due ambienti tendono ad uniformarsi. La natura tende alla omogeneità. Per questo la nostra casa tende a raffreddarsi in inverno ed a scaldarsi in estate.

Con una pompa di calore si può “forzare” questo processo naturale, sfruttando il principio fisico del ciclo frigorifero, ovvero la caratteristica dei gas che si scaldano quando ne viene aumentata la pressione, o viceversa.

 

Una pompa di calore può produrre indifferentemente caldo o freddo. Per questo da qui in avanti parleremo di energia termica in senso generale.

A questo link trovate la spiegazione tecnica di Wikipedia, se volete approfondire la conoscenza del principio. Quello normalmente utilizzato nelle abitazioni o nell’uso commerciale è il ciclo a compressione.

Nella pratica abbiamo un compressore che comprime un gas. E da qui inizia il processo e sopratutto le mille versioni diverse a cui possiamo avere accesso.

Vediamo le macrofamiglie, con le loro specificità. Si possono inquadrare le pompe di calore con una classificazione in base a tre settori: ambiente da cui si estrae l’energia termica primaria, energia utilizzata per svolgere il lavoro, fluido con il quale si distribuisce l’energia termica utile e percepita.

Per la prima classificazione abbiamo:

  • Pompe di calore scambio con aria. Queste assorbono l’energia termica¹ dall’aria esterna per il loro funzionamento. Sono le più economiche, ma hanno un rendimento molto variabile perché influenzato dalla grande variabilità di temperatura dell’aria esterna.
  • Pompe di calore in geotermia. Queste ricavano la loro energia primaria² dal suolo, di solito attraverso delle tubazioni a circuito chiuso che scendono in pozzi profondi o mediante un reticolo di tubazioni interrate in orizzontale ad una profondità fra 1 e 5 metri. In entrambi i casi i rendimenti sono molto elevati, al prezzo di un costo di realizzazione dei pozzi e/o degli scavi non trascurabile.
  • Pompe di calore scambio con acqua. In questo caso il calore viene estratto da una massa d’acqua, come per esempio un lago, un fiume o una falda interrata. È una soluzione che coniuga la buona economicità di installazione (quasi come la prima) con rendimenti a livello delle geotermiche. L’unico problema è che non è facile trovare il grande flusso di acqua necessario.

In base al secondo gruppo invece possiamo avere:

  • Macchine azionate da un motore elettrico. Più economiche, più sensibili alle condizioni del fluido primario³.
  • Macchine azionate da un motore endotermico a gas o biogas. Investimento iniziale più alto, ma migliori rendimenti, soprattutto in condizioni climatiche estreme.

Infine per la terza famiglia si hanno:

  • Pompe di calore aerauliche4. Impianto poco costoso. Minore comfort percepito.
  • Pompe di calore idroniche5. Molto versatili, adatte anche per grandi o grandissimi impianti, o per impianti radianti. Utilizzabili anche in sostituzione di vecchie caldaie o gruppi frigo senza dover modificare sostanzialmente l’impianto.

Ovviamente un sistema completo è un incrocio di una specificità per ognuna delle categorie, ovvero possiamo avere pompe di calore aria-aria elettriche (i comuni condizionatori sono così) ma anche aria acqua con motore endotermico, falda-acqua elettriche e così via.

Grazie al suo principio di funzionamento, una pompa di calore è in grado di moltiplicare per quattro o cinque volte l’energia meccanica immessa nel processo trasformandola in energia termica. Non è un miracolo, né un ribaltamento della fisica, ma solo la capacità di “catturarne” altra durante il procedimento stesso.

Questo la rende per prima cosa assai più amica dell’ambiente, e di conseguenza anche del portafoglio.

Se poi l’alimentazione nel caso del motore elettrico fosse fornita da un impianto fotovoltaico avremmo un condizionamento completamente rinnovabile, così come se quelle a motore endotermico venissero alimentate a biogas.

A differenza delle caldaie, la scelta della pompa di calore più adatta per ogni installazione, proprio per la moltitudine di versioni in cui si possono avere, è da commissionare ad un professionista con esperienza specifica.

 

GLOSSARIO:

  1. Il concetto di caldo o freddo è relativo alla percezione umana. In natura c’è energia termica finché non arriviamo allo zero assoluto equivalente a -273,15°C.
  2. Per energia primaria in questo caso si intende quella che non è poi distribuita nelle abitazioni e quindi percepita, ma quella usata inizialmente per produrla.
  3. Come fluido primario si intende uno dei tre sistemi della prima classificazione, ovvero aria, acqua alla temperatura del suolo, acqua di falda o lago.
  4. Aerauliche: ovvero che producono aria calda o fredda, da utilizzare direttamente negli ambienti
  5. Idroniche: ovvero che producono acqua calda o fredda, da distribuire attraverso un impianto di tubazioni per portarla a terminali, quali radiatori, fan coil, pannelli radianti etc.