Pompa di calore: che cosa è e come funziona?
Guida completa. Come funziona una pompa di calore e che cosa sono i sistemi di riscaldamento e raffreddamento a pompa di calore.
Che cosa è una pompa di calore? Le pompe di calore sono delle tecnologie diffusissime nelle nostre case grazie alle quali il calore (genericamente) viene trasferito da un luogo all’altro. Andando maggiormente nel tecnico le pompe di calore ad aria (esistono anche quelle geotermiche ma in questo articolo ci concentreremo sui sistemi ad aria) spostano il calore tra l’aria all’interno di una casa e l’aria all’esterno di una casa.
Guida completa. Come funziona una pompa di calore e che cosa sono i sistemi di riscaldamento e raffreddamento a pompa di calore.
Indice:
- Quale pompa di calore installare in una casa?
- Come è costruita una pompa di calore?
- Modalità Raffreddamento. Come funziona una pompa di calore in modalità di raffreddamento.
- Come funziona una pompa di calore in modalità di riscaldamento.
- Vuoi conoscere i principi di funzionamento di una pompa di calore e i principali criteri di dimensionamento di un impianto a pompa di calore?
Un concetto molto importante da capire quando si risponde alla domanda “come funzionano le pompe di calore?” è che le pompe di calore non generano calore, ma spostano il calore da un luogo all’altro. Per farvi un esempio; un forno crea del calore che viene distribuito in tutta la casa, ma un sistema a pompe di calore assorbe l’energia termica dall’aria esterna (anche a basse temperature) e la trasferisce all’aria interna.
In modalità raffreddamento, una pompa di calore e un condizionatore d’aria sono funzionalmente identici, assorbono calore dall’aria interna e lo rilasciano attraverso l’unità esterna.
Quale pompa di calore installare in una casa?
Quando si considera quale tipo di sistema è il migliore per la propria casa, è necessario considerare diversi fattori importanti, tra cui le dimensioni della casa e il clima locale. Calcoli che necessitano di competenze professionali specifiche e che solo un professionista qualificato e formato sarà in grado di svolgere correttamente.
Come è costruita un sistema a pompe di calore?
Un tipico sistema a pompa di calore ad aria è costituito da due componenti principali, un’unità esterna e un’unità di trattamento dell’aria interna. Sia l’unità interna che quella esterna contengono diversi, importanti, sottocomponenti.
- Unità Esterna.
L’unità esterna contiene una bobina e un ventilatore. La batteria funziona come condensatore (in modalità raffreddamento) o evaporatore (in modalità riscaldamento). Il ventilatore soffia aria esterna sopra la batteria per facilitare lo scambio termico.
- Unità Interna.
Come l’unità esterna, l’unità interna, comunemente indicata come unità di trattamento dell’aria, contiene una bobina e un ventilatore. La batteria funziona da evaporatore (in modalità raffrescamento) o da condensatore (in modalità riscaldamento). Il ventilatore è responsabile del movimento dell’aria attraverso la batteria e attraverso i condotti della casa.
- Liquido refrigerante.
Il liquido refrigerante è la sostanza chimica che assorbe e respinge il calore mentre circola in tutto il sistema a pompa di calore.
- Compressore.
Il compressore pressurizza il refrigerante e lo sposta in tutto il sistema.
- Valvola d’inversione.
La valvola di inversione è la parte dell’impianto a pompa di calore che inverte il flusso di refrigerante, consentendo al sistema di funzionare in senso opposto e di modificare la sua funzione tra riscaldamento e raffrescamento.
- Valvola di Espansione.
La valvola di espansione svolge la funzione di dispositivo di dosaggio. Regola il flusso del refrigerante mentre attraversa il sistema, consentendo una riduzione della pressione e della temperatura del refrigerante.
Modalità Raffreddamento. Come funziona una pompa di calore in modalità di raffreddamento.
Una delle cose più importanti da capire sul funzionamento della pompa di calore e sul processo di trasferimento del calore è che l’energia termica vuole “naturalmente” spostarsi in aree con temperature più basse e con meno pressione. Ecco come funziona una pompa di calore.
- Passo 1
Il refrigerante liquido viene pompato attraverso un dispositivo di espansione sulla batteria interna, che funziona come evaporatore. L’aria dall’interno della casa viene soffiata attraverso le batterie, dove l’energia termica viene assorbita dal refrigerante. L’aria fresca generata viene soffiata attraverso i condotti della casa. Il processo di assorbimento dell’energia termica ha causato il riscaldamento del refrigerante liquido e l’evaporazione sotto forma di gas.
- Passo 2.
Il refrigerante gassoso passa attraverso un compressore, che pressurizza il gas. Il processo di pressurizzazione del gas ne provoca il riscaldamento. Il refrigerante caldo e pressurizzato si sposta attraverso il sistema fino alla batteria nell’unità esterna.
- Passo 3.
Un ventilatore posizionato nell’unità esterna sposta l’aria esterna attraverso le batterie, che fungono da batterie del condensatore in modalità di raffreddamento. Poiché l’aria all’esterno della casa è più fredda del refrigerante a gas compresso caldo nella batteria, il calore viene trasferito dal refrigerante all’aria esterna. Durante questo processo, il refrigerante condensa di nuovo allo stato liquido mentre si raffredda. Il refrigerante liquido caldo viene pompato attraverso il sistema verso la valvola di espansione delle unità interne.
- Passo 4.
La valvola di espansione riduce la pressione del refrigerante liquido caldo, raffreddandolo notevolmente. A questo punto, il refrigerante si trova in uno stato liquido e freddo ed è pronto per essere pompato di nuovo nella serpentina dell’evaporatore nell’unità interna per ricominciare il ciclo.
Come funzionano le pompe di calore in modalità riscaldamento.
Una pompa di calore in modalità riscaldamento funziona esattamente come la modalità raffreddamento, tranne per il fatto che il flusso del refrigerante viene invertito dalla valvola d’inversione. L’inversione di flusso fa sì che la sorgente di calore diventi l’aria esterna (questo succede anche quando le temperature esterne sono molto basse) e l’energia termica invece viene rilasciata all’interno dell’abitazione. La batteria esterna ora ha la funzione di evaporatore e la batteria interna quello di condensatore.
La fisica del processo è la stessa. L’energia termica viene assorbita nell’unità esterna dal refrigerante liquido freddo, trasformandola in gas freddo. La pressione viene quindi applicata al gas freddo, trasformandolo in gas caldo. Il gas caldo viene quindi raffreddato nell’unità interna facendo passare dell’aria e condensando il gas in un liquido caldo.
