Pompe di Calore: come spiegare il COP ai tuoi clienti

Samuele Trento - Ingegnere, Specialista Pompe di Calore 29/10/2018 4010

La definizione di COP come Quantità di Calore immesso rispetto al Lavoro impiegato è ben radicata nella testa del progettista.

Nel momento in cui bisogna spiegarlo al cliente che sta investendo diverse migliaia di euro nel suo impianto in Pompa di Calore la questione diventa più difficile.

Non è semplice far percepire ad una persona che fa un lavoro diverso dal tuo che grazie alla macchina frigorifera è possibile ottenere 3-4-5 volte l'energia che viene fornita.

La prima associazione mentale del cliente, nel momento in cui si propone una soluzione elettrica per la casa, è quella della resistenza elettrica: mi svuoterà il conto in banca.

Per questo ho cercato di sintetizzare la definizione di COP per renderlo alla portata di tutti: il metodo dei “bacini idrici”.

La definizione più semplice sarebbe quella di dire: la Pompa di Calore è una macchina che viene alimentata in parte da energia elettrica (a pagamento) e in parte da energia presente nell'aria (o nell'acqua o terra) per ottenere energia termica per il riscaldamento della casa.

pompe di calore e cop

 

Ma se utilizziamo un concetto più ingegneristico, senza chiamare in causa i Principi Termodinamici, il metodo dei “bacini idrici” è quello più semplice da capire.

Il METODO dei “bacini idrici”

Partiamo dal presupposto che il calore tende a trasferirsi spontaneamente da un corpo più caldo ad uno più freddo, come il liquido tende a scendere dall'alto verso il basso per la forza gravitazionale.

Fornendo del lavoro è possibile invertire sia il senso del trasferimento del calore (la Pompa di Calore trasferisce calore dall'ambiente esterno a più bassa temperatura a quello interno a più alta temperatura) sia portare l'acqua da un livello più basso ad uno più alto.

Con questo analogia risulta più semplice la comprensione.

Ipotizziamo quindi di avere 3 bacini idrici:

  • > una piscina a quota 0
  • > un lago a quota -10m, quindi più basso rispetto alla piscina
  • > un bacino a quota +100m

pompe-di-calore-cop-2.jpg

L'obiettivo è di riempire la piscina (riscaldare la casa) e reintegrare l'acqua perduta per evaporazione (mantenere calda la casa).

Non esiste il servizio di acquedotto tanto meno energia elettrica della rete.

La prima soluzione che passa per la testa è quella di riempire la piscina con l'acqua del bacino superiore. Ma questa soluzione, benchè risulti semplice, non è quella più efficiente dal punto di vista energetico. Perchè l'acqua del bacino più alto contiene un'energia potenziale che altrimenti viene persa.

La soluzione più efficiente risulta quella di trasformare l'energia potenziale in energia meccanica attraverso una turbina, alla quale collegare una pompa per portare l'acqua del lago nella piscina.

Così facendo, se consideriamo il funzionamento delle macchine come ideale, per ogni litro di acqua che scende dal bacino superiore riusciremo a pompare 10 litri di acqua dal lago alla piscina, a cui aggiungere anche il litro d'acqua che scende.

Quindi se consideriamo il caso ideale senza perdite, con 1 litro reso otteniamo 11 litri nella piscina.

Con questa analogia è possibile collegare tutti quei sistemi il cui livello di temperatura non risulta idoneo per riscaldare direttamente l'ambiente.

Non posso pensare di riscaldare casa utilizzando direttamente il livello termico della fonte di energia (aria, acqua o terra) perchè risulta troppo bassa. Ma utilizzando un sistema a più alta temperatura (come il bacino sopraelevato dell'esempio) è possibile trasferire calore da un ambiente esterno più freddo all''abitazione più calda.  

In questo esempio voglio far notare l'importanza dell'energia potenziale del bacino sopraelevato: questo terzo sistema permette di moltiplicare per 10 (nel caso ideale) l'energia resa grazie alla sua trasformazione in lavoro. La stessa cosa avviene nelle Pompe di Calore, dove il gas refrigerante caldo, in uscita dal compressore, rappresenta la fonte ricca di energia termica che permette il trasferimento del calore da un ambiente più freddo (l'evaporatore posto all'esterno preleva calore trovandosi ad una temperatura più bassa dell'aria), ad uno più caldo (il condensatore che trasferisce calore all'acqua tecnica dell'impianto). 

Raffreddando l'aria esterna è possibile trasferire calore ad un sistema a più alta temperatura.

Paradossalmente la quantità di energia disponibile raffreddando l'aria esterna è illimitata. Subentrano nella realtà delle problematiche tecniche che limitano questo trasferimento (brinamento, bassa pressione,...).

Quanto esemplificato sembra andare contro la legge di conservazione di energia. Ma bisogna considerare due importanti aspetti:

  • la quantità di calore prelevata dal sistema più freddo
  • il lavoro meccanico necessario per fare il trasferimento

Se considero una resistenza elettrica nel caso ideale ottengo 1kWh termico per ogni kWh elettrico.

Con la Pompa di Calore elettrica, grazie alla trasformazione in lavoro dell'energia termica posseduta dal sistema a più alta temperatura, posso ottenere 3-4-5 kWh termici per 1 kWh elettrico.

Infatti dei 3 kWh termici ottenuti 2 derivano dal raffreddamento dell'aria esterna e 1 dal kWh elettrico trasformato direttamente in energia termica.

Semplificando ancora di più, per il tuo cliente che vuole capire perchè le Pompe di Calore moltiplicano per 4 volte l'energia elettrica fornita, a differenza della resistenza elettrica, puoi presentare questa illustrazione:

pompe-di-calore-cop-3.jpg

E semplicemente illustrargli che fornendo 1kWh di energia elettrica e prelevando 3 kWh di energia gratuita dall'aria, grazie alla macchina frigorifera ottengo 4 kWh termici per riscaldare casa, ovvero la somma delle due energie.

Spero di averti dato qualche spunto di riflessione. 


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