Il tramonto delle caldaie e l'alba delle Pompe di Calore

Staccare il contatore del gas grazie alle Pompe di Calore

Ma come vengono progettate e costruite?

Se sei un professionista che lavora nel settore delle costruzioni ed impianti non hai potuto fare a meno di imbatterti nel mondo delle Pompe di Calore.

COSTRUZIONE di una Pompa di Calore In questo articolo ti parlerò delle normative che stanno alla base della COSTRUZIONE di una Pompa di Calore.

L'alba delle Pompe di Calore è avvenuta parecchi anni fa: in diversi Paesi sono state sviluppate già 40-50 anni fa, mentre in Italia abbiamo sviluppato le caldaie e i sistemi frigoriferi per la refrigerazione e climatizzazione estiva.

Il mondo delle Pompe di Calore è molto ampio, da quelle elettriche a quelle a gas, suddividendo queste ultime ulteriormente in pompe di calore con motore a gas e pompe di calore ad assorbimento.

Mi concentrerò sulle Pompe di Calore Elettriche spaziando da quelle che producono solo Acqua Calda Sanitaria (ACS) a quelle che permettono di riscaldare casa, a quelle che fanno entrambe le cose.

La denominazione della Pompa di Calore dipende da 2 fattori:

  • LA FONTE DI ENERGIA
  • IL FLUIDO TERMOVETTORE (risultato finale)

La FONTE DI ENERGIA per la Pompa di Calore

Per fissare le idee è bene aver chiaro che possiamo sfruttare l'energia dell'aria, dell'acqua e della terra con lo stesso principio.

La Pompa di Calore consente di trasferire calore da un sistema ad una certa temperatura ad un sistema a temperatura superiore senza contrastare i due Principi della Termodinamica, ma aggiungendo semplicemente Lavoro.

Anche da una fonte a 0°C (come ad esempio l'aria esterna invernale) posso recuperare calore e quindi energia se l'altro corpo si trova a temperatura inferiore (come ad esempio la batteria evaporativa di un circuito frigorifero).

Perciò esistono Pompe di Calore aerauliche che sfruttano l'energia presente nell'aria (ARIA – YYY) e rappresentano la tipologia più diffusa per semplicità d'installazione e per la disponibilità della Fonte di energia.

aria-acqua-pompa-di-calore.jpg

Esistono anche quelle geotermiche che sfruttano l'energia del sottosuolo: calore della terra oppure dell'acqua di falda. Le prime sono TERRA-YYY, le seconde ACQUA-YYY. 

La principale differenza tra l'utilizzo della terra e dell'acqua sono la temperatura della sorgente. Mentre con la terra possiamo lavorare mediamente tra i 5°C e i 12°C (dipendente dalla profondità con sonda chiusa e glicolata), con l'acqua il campo di lavoro sale tra gli 8° e i 14°C mediamente.

pompe di calore geotermiche

Questo comporta che l'efficienza nei sistemi ad acqua risulta maggiore perchè la sorgente è “più calda” e quindi è possibile recuperare più energia.

Bisogna però considerare il consumo elettrico del circolatore per prelevare l'acqua di falda: tale consumo sarà dipendente dalla profondità del pozzo e al di sotto di una certa quota tale consumo annulla i vantaggi di resa della Pompa di Calore Acqua-YYY.

Nella versione TERRA-YYY il circolatore viene dimensionato in base alle perdite di carico nello scambiatore, nelle tubazioni (lunghezza, raccordi, restrizioni, collettore, ..), mentre nella versione ACQUA-YYY bisogna aggiungere il fattore “altezza geodetica” trattandosi di un circuito aperto.

Le differenze tra le versioni geotermiche e aerauliche

La principale differenza tra le versioni geotermiche (acqua o terra) e aerauliche sta nel range di temperatura della fonte di energia e nella tipologia di scambiatore: aria-gas per le versioni aerauliche, a piastre acqua-gas (o glicole-gas) per le versioni geotermiche. Nel caso di geotermia la temperatura della sorgente rimane pressochè costante durante tutto il periodo di funzionamento, nella versione aeraulica invece la temperatura varia da +20°C a -10°C.

L'argomento geotermia con tutti i suoi vantaggi e svantaggi lo vediamo in un articolo dedicato.

Il FLUIDO TERMOVETORE nelle Pompe di Calore

L'altro parametro che identifica la tipologia di Pompa di Calore è il risultato ottenuto. Occorre quindi rispondere alla domanda: la Pompa di Calore riscalda aria o acqua?

Il condizionatore in modalità Pompa di Calore è un sistema aria-aria che trasferisce calore da un corpo più freddo ad uno più caldo grazie al lavoro che gli viene fornito. Il condensatore del condizionatore è uno scambiatore aria-gas: nei miei articoli non parlerò di questi sistemi.

Le Pompe di Calore idroniche hanno invece un condensatore a piastre acqua-gas dove il calore viene reso all'acqua e non all'aria. L'impianto di distribuzione potrà quindi utilizzare dei terminali che sfruttano la trasmissione per irraggiamento (pavimento radiante, piastre radianti, radiatori) oppure per convezione (ventilconvettori, batterie idroniche canalizzate,..).

Differenze tra sistemi ARIA-ARIA e ARIA-ACQUA

C'è un enorme differenza tra sistemi ARIA-ARIA e ARIA-ACQUA: nel secondo caso l'algoritmo frigorifero oltre a gestire il circuito frigorifero vero e proprio (condensazione, laminazione, evaporazione e compressione) deve gestire anche il circuito idraulico ad esso abbinato. 

Le prestazioni delle Pompe di Calore idroniche variano sia con le condizioni lato “frigorifero” che lato “acqua”. E' possibile modulare la portata dell'acqua per ottenere prestazioni più o meno migliori senza influire sul comfort dell'abitazione. Nei sistemi aria-aria invece non è possibile a priori modificare la portata dell'aria perchè verrebbe subito percepito dall'utilizzatore.

Da qui si può aprire l'argomento “Condizionatore trasformato in Pompa di Calore idronica” che svilupperò in un altro articolo.

L'esperienza di costruttori di Pompe di Calore aria-aria non è sufficiente per esprimere le massime prestazioni di una Pompa di Calore aria-acqua, dove la componente idronica ha un peso rilevante.

Che si tratti di una versione aria-acqua o geotermica il costruttore deve osservare le Direttive e Norme di settore.

Queste nozioni le puoi trovare solo negli archivi di aziende che producono “realmente” e che non si limitano a commercializzare sistemi prodotti da altri ed aggiunti alle pagine del proprio catalogo. Questa cosa del “rimarchiare” purtroppo non me la sono inventata io, come neppure l'affermazione che “l'era delle caldaie è finita”: fatti dare il catalogo di aziende di caldaie da qualche agente e scoprirai come sbocciano dal nulla le Pompe di calore.

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Ing. Samuele Trento
Specialista Pompe di Calore
www.samueletrento.it