Per poter far evaporare un liquido, è necessario fornire energia. Questo può essere osservato molto bene con l’acqua. Se una pentola d'acqua viene riscaldata a 100 gradi Celsius (viene convogliata energia termica), l'acqua inizia ad evaporare. Se poi viene convogliata più energia termica, la temperatura dell'acqua non aumenta ulteriormente. Invece, l'acqua viene completamente convertita in vapore.
Funzionamento della pompa di calore
Richiedi un offerta indicativaSintesi degli argomenti
Come funziona una pompa di calore?
Una pompa di calore funziona in modo simile a un frigorifero, quasi, ma solo al contrario. Mentre un frigorifero estrae energia termica dal cibo, cioè dall'interno del frigorifero, e la conduce all'esterno, una pompa di calore funziona al contrario: estrae energia termica dall'ambiente esterno all'edificio e la rende utilizzabile per il riscaldamento all'interno. Oltre all'aria interna o esterna, una pompa di calore è in grado di prelevare l'energia termica dalle falde acquifere e dal suolo. E poiché la temperatura del calore ottenuto in questo modo di solito non è sufficiente per riscaldare un edificio o produrre acqua calda, viene utilizzato il processo termodinamico.
Fatti importanti in breve:
- Una pompa di calore ricava fino a tre quarti dell'energia necessaria dall'ambiente (aria, terra o acqua) e solo un quarto dall'elettricità.
- I componenti principali sono l'evaporatore, il compressore, il condensatore e la valvola di espansione, che lavorano insieme in un circuito chiuso.
- Le pompe di calore funzionano in modo affidabile anche a temperature esterne molto basse e, oltre alla funzione di riscaldamento, possono essere utilizzate anche per il raffreddamento degli ambienti.
Il ciclo di refrigerazione o è il cuore del principio della pompa di calore
Indipendentemente dalla fonte di calore utilizzata per generare calore, il circuito di raffreddamento, che si svolge in quattro fasi, fa sempre parte della modalità di funzionamento della pompa di calore.
Se un gas, ad esempio l'aria, viene compresso (la pressione aumenta), aumenta anche la temperatura. Tutto ciò si può sperimentare se si chiude l'apertura di una pompa dell'aria della bicicletta e si comprime l'aria: il cilindro della pompa dell'aria si riscalda.
Poiché l'energia non può essere dispersa, quando il vapore acqueo si condensa, l'energia termica precedentemente utilizzata per l'evaporazione viene nuovamente rilasciata.
Se la pressione di un liquido pressurizzato viene improvvisamente ridotta, la temperatura scende nettamente. Questo può essere osservato, ad esempio, nel caso di una bombola di gas liquido per un fornello a gas da campeggio. Se la valvola è aperta, anche in estate può formarsi del ghiaccio sulla valvola della bombola del gas liquido. (Qui la pressione viene ridotta da circa 30 bar a 1 bar.)
Un ulteriore scambiatore di calore (condensatore) trasferisce quindi l'energia dal vapore riscaldato al circuito di riscaldamento (riscaldamento a pavimento, termosifoni o tampone di riscaldamento o serbatoio di accumulo dell’acqua calda). Il refrigerante, che è ancora sotto pressione, si raffredda e si trasforma nuovamente in liquido. Prima che possa rifluire nel circuito, il refrigerante viene prima espanso in una valvola di espansione. Una volta raggiunto lo stato di aggregazione, il processo del ciclo di refrigerazione può ricominciare da capo.
Differenze tra le fonti energetiche
Sebbene tutte le pompe di calore funzionino secondo lo stesso principio, si differenziano sostanzialmente nella scelta della fonte energetica:
- Pompa di calore aria-acqua (pompa di calore ad aria): questo tipo, il più comunemente installato, utilizza un ventilatore per aspirare l'aria esterna. Nell'evaporatore della pompa di calore, il calore dell'aria viene trasferito al refrigerante. L'installazione è economica, ma le prestazioni dipendono anche dalla temperatura esterna.
- Pompa di calore acqua-acqua (pompa di calore geotermica): la pompa di calore acqua-acqua ricava la sua energia dal terreno, dove le temperature sono relativamente costanti durante tutto l'anno. Un sistema di tubi riempito con una miscela di acqua e antigelo (salamoia) viene posato in profondità. Questo tipo di pompa di calore fornisce coefficienti di prestazione annuali (JAZ) molto elevati, poiché la fonte di energia è stabile. Tuttavia, l'installazione è più complessa e costosa.
Per informazioni dettagliate sul funzionamento, consultare le nostre guide sulle pompe di calore aria-acqua e sulle pompe di calore acqua-acqua.
Refrigerante: essenziale per il funzionamento della pompa di calore
Un refrigerante speciale è indispensabile per il funzionamento di una pompa di calore. Una caratteristica fondamentale è il suo punto di ebollizione estremamente basso. Ciò consente al liquido di passare allo stato gassoso già a temperature molto basse, in alcuni casi a -20 °C. Questo è il motivo per cui una pompa di calore funziona in modo affidabile anche in inverno, quando le temperature esterne sono basse.
A proposito: le pompe di calore Viessmann di ultima generazione utilizzano il refrigerante naturale propano (R290), che in termini di proprietà non ha nulla da invidiare ai refrigeranti classici.
La compressione e il consumo energetico della pompa di calore
Il compressore è una componente essenziale del circuito di refrigerazione. Svolge un ruolo fondamentale, poiché senza compressione le temperature iniziali del calore ambientale non sono sufficienti per riscaldare un edificio. Solo grazie alla compressione è possibile aumentare la temperatura del refrigerante in modo tale da garantire un riscaldamento efficiente anche nelle giornate molto fredde con temperature inferiori ai dieci gradi sotto zero.
Poiché il compressore è solitamente azionato elettricamente, per il suo funzionamento è necessaria l'energia elettrica. Il consumo energetico esatto della pompa di calore dipende, tra l'altro, dai seguenti fattori:
- Fabbisogno di riscaldamento dell'edificio: quanto calore è necessario?
- Tecnologia del compressore: quale tipo di compressore viene utilizzato (ad es. compressore a pistoni o a spirale)?
- Differenza di temperatura: maggiore è la differenza tra la temperatura della fonte di calore (ad es. l'aria esterna) e la temperatura di mandata desiderata nel sistema di riscaldamento, maggiore sarà il lavoro del compressore e maggiore sarà il consumo di energia elettrica.
Info: oltre alle tradizionali tariffe elettriche domestiche, esistono tariffe speciali per le pompe di calore. Per saperne di più, consultate la nostra guida all'elettricità per pompe di calore.
La compressione richiede elettricità
Il compressore è una parte essenziale del circuito di raffreddamento. Infatti, senza compressione le temperature iniziali sono troppo basse per riscaldare un edificio a una temperatura confortevole, specialmente nelle giornate molto fredde con temperature a due cifre sotto lo zero.
Grazie alla funzione reversibile, le pompe di calore possono raffreddare in estate
Il principio di funzionamento della pompa di calore è reversibile. Per questo motivo, se sussistono i requisiti tecnici, la pompa di calore non solo può riscaldare gli ambienti, ma anche raffreddarli. Si distinguono due metodi di raffreddamento:
- Raffreddamento naturale: la pompa di calore rimane spenta. La temperatura più fresca della fonte di calore ambientale (terreno, acque sotterranee) viene utilizzata tramite uno scambiatore di calore per raffreddare gli ambienti.
- Raffreddamento attivo: il funzionamento della pompa di calore viene attivamente invertito, in modo che il calore venga trasportato dagli ambienti verso l'esterno. Questo funzionamento corrisponde a quello di un frigorifero.
Per informazioni dettagliate sul processo delle funzioni di raffreddamento, consultare la nostra guida al raffreddamento naturale e attivo.
FAQ – Domande frequenti sul funzionamento della pompa di calore
Il consumo energetico di una pompa di calore dipende, tra l'altro, dalla sua efficienza (coefficiente di prestazione annuale) e dalla potenza termica richiesta. La maggior parte dell'energia termica proviene dall'ambiente, mentre l'energia elettrica è necessaria principalmente per il funzionamento del compressore.
Sì, la maggior parte delle pompe di calore moderne, oltre al riscaldamento degli ambienti, possono anche produrre acqua calda per uso domestico. Esistono inoltre pompe di calore autonome specifiche per la produzione di acqua calda, che riscaldano in modo efficiente l'acqua potabile durante tutto l'anno. Queste possono utilizzare l'aria di scarico della casa (ad esempio dalla cantina o dalla lavanderia) oppure ricavare calore dall'aria esterna. Per saperne di più su questo tipo speciale di pompa di calore, consulta la nostra guida alle pompe di calore per acqua calda.
Sì, Viessmann offre pompe di calore che raggiungono temperature di mandata elevate (ad es. 70 °C) e possono quindi essere utilizzate anche in edifici esistenti ben isolati con radiatori convenzionali.
Per ulteriori informazioni, consultate la nostra guida sulle pompe di calore negli edifici esistenti.
La combinazione di pompa di calore e impianto fotovoltaico è ideale. L'energia solare prodotta durante il giorno può essere utilizzata direttamente per il funzionamento della pompa di calore, riducendo ulteriormente i costi operativi e aumentando l'indipendenza.
Una pompa di calore geotermica sfrutta il calore immagazzinato nel terreno. A tal fine vengono utilizzati due metodi principali:
- Sonde geotermiche: vengono perforate verticalmente nel terreno fino a una profondità di 100 metri. Richiedono poco spazio e sono particolarmente efficienti.
- Collettori geotermici: vengono posati orizzontalmente e su una superficie ampia a poca profondità. Sono più economici da installare, ma richiedono una superficie di giardino più ampia.
Il metodo più adatto dipende dalle caratteristiche del vostro terreno. Maggiori dettagli sono disponibili nelle nostre guide sui collettori geotermici e sulle sonde geotermiche.
Principio della pompa di calore utilizzando l'esempio di una pompa di calore aria-acqua
Questo processo può essere spiegato nel modo più semplice utilizzando l'esempio di una pompa di calore aria-acqua: una pompa di calore aria-acqua può essere composta da una o due unità. In entrambi i casi, un ventilatore integrato aspira attivamente l'aria ambiente e la trasmette a uno scambiatore di calore. Un refrigerante scorre attraverso lo scambiatore di calore e cambia il suo stato di aggregazione anche a temperature molto basse. A contatto con l'aria ambiente, il refrigerante si riscalda e si trasforma gradualmente in vapore. Per portare alla temperatura desiderata il calore che si forma in questo processo, viene utilizzato un compressore. Questo comprime il vapore e aumenta sia la pressione che la temperatura del vapore del refrigerante.
In pratica vengono utilizzati vari compressori, inclusi compressori a pistone o compressori scroll azionati elettricamente. Il consumo di energia per la compressione dipende da molti fattori. Questi includono il fabbisogno di riscaldamento, la tecnologia del compressore e, ultimo ma non meno importante, la differenza di temperatura tra la fonte di calore e il sistema di riscaldamento. Rispettare quanto segue: Maggiore è la differenza di temperatura tra la fonte di calore e la temperatura di mandata, più il compressore deve lavorare.
