Pompe di calore: cosa sono e come funzionano

Le pompe di calore sono sistemi di climatizzazione ad alta efficienza che sfruttano l’energia termica contenuta nell’aria, nell’acqua o nel suolo dell’ambiente circostante per riscaldare o raffrescare gli ambienti interni di abitazioni o attività di qualunque genere. 

Le pompe di calore sono macchinari in grado di trasferire energia termica, ossia calore, da un ambiente più freddo ad uno più caldo mediante l’utilizzo di energia elettrica e l’avviamento del ciclo inverso frigorifero. Ad esempio, per il riscaldamento invernale di un edificio, una pompa di calore opera sottraendo calore all’ambiente esterno, per fornire il calore necessario agli spazi interni, proprio al contrario di ciò che avviene nella stagione estiva grazie alla reversibilità del circuito stesso. 

Tali sistemi garantiscono maggiore efficienza energetica rispetto ai sistemi tradizionali che utilizzano combustibili fossili. Questo avviene perché possono produrre più energia termica di quella elettrica impiegata nel loro funzionamento considerandosi pertanto, secondo quanto stabilito dalla normativa europea in tema di energia. Sono tecnologia rinnovabile proprio perché il calore (energia termica) catturato da una pompa di calore eccede in maniera significativa la quantità di energia necessaria al suo funzionamento e – sfruttando il calore gratuito e illimitato accumulato nell’aria – assolve alle funzioni di climatizzazione, riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria, nell’acqua superficiale, nelle falde acquifere sotterranee e nel terreno. 

L’efficienza degli apparecchi a pompa di calore si misura attraverso un coefficiente di rendimento noto come COP, un coefficiente di prestazione che esprime il rapporto fra l’energia termica sviluppata e l’energia elettrica assorbita. Ad esempio, avere un COP pari a 4 significa che la tecnologia considerata ha bisogno di una sola unità di energia elettrica (1 kw=860 Kcal/h) per la produzione di quattro unità di energia termica (4 kw=3.440 kcal/h).

Sono state introdotte normative che impongono l’utilizzo di fonti di calore rinnovabili nelle nuovi costruzioni edili o in importanti ristrutturazioni ma, in ottica di contenimento dei consumi e di una migliore qualità ambientale, sono anche rese disponibili incentivazioni economiche da parte delle autorità pubbliche nell’intento significativo di promuovere la transizione verso un ambiente costruito più sostenibile e di ridurre l’impatto ambientale delle nuove costruzioni e degli edifici esistenti. Le pompe di calore ad azionamento elettrico rientrano tra le apparecchiature che possono usufruire degli incentivi, perché garantiscono efficientamento e indipendenza energetica. Grazie a questi incentivi, si può pensare all’opportunità di riscaldare e raffrescare gli ambienti (nonché l’acqua sanitaria) mediante pompe di calore azionate da energia elettrica prodotta, ad esempio da sistemi fotovoltaici o ad integrazione con accumulatori di energia. 

L’integrazione con altre tecnologie rinnovabili, come pannelli solari o i sistemi di accumulo termico, sta diventando sempre più comune per massimizzare l’efficienza energetica complessiva dei sistemi di riscaldamento e raffreddamento. Le prospettive future per le pompe di calore includono ulteriori miglioramenti tecnologici per aumentare l’efficienza, ridurre i costi e ampliare le applicazioni. L’innovazione continua nel settore delle energie rinnovabili e della tecnologia degli edifici potrebbe portare a nuove soluzioni e a una maggiore diffusione delle pompe di calore come parte integrante degli sforzi per la transizione verso un futuro più sostenibile volto all’azzeramento delle emissioni di carbonio. 

Pompe di calore: come funzionano? 

Il ciclo di funzionamento di una pompa di calore generalmente si compone delle seguenti fasi:

• EVAPORAZIONE: il ciclo inizia con un liquido refrigerante a bassa temperatura e bassa pressione che passa attraverso un evaporatore ove il refrigerante assorbe il calore dall’ambiente esterno, come l’aria, il suolo o l’acqua, e si trasforma in vapore a bassa pressione. 
• COMPRESSIONE: all’interno dell’unità il vapore viene compresso affinché aumenti la sua temperatura.  
• CONDENSAZIONE: il vapore ad alta pressione e temperatura viene inviato ad un condensatore attraverso il quale cede il calore accumulato all’ambiente da climatizzare dopo di che si condensa tornando nuovamente allo stato liquido. 
• ESPANSIONE: il liquido refrigerante a bassa pressione ritorna al punto di partenza, l’evaporatore, attraverso un dispositivo di espansione. A questo punto il ciclo può riprendere. 

Esistono diverse tipologie di pompe di calore, progettate per adattarsi a specifiche esigenze di riscaldamento e raffreddamento, le principali sono: 

• Aria-Aria: queste pompe di calore estraggono calore dall’aria esterna e lo trasferiscono all’interno dell’edificio, sono comunemente utilizzate in sistemi residenziali e commerciali e possono essere montate a parete, a pavimento o come unità split. 
• Aria-Acqua: questo tipo di pompe di calore utilizza l’energia termica presente nell’aria per riscaldare o raffreddare l’acqua che viene poi distribuita attraverso un sistema idronico per il riscaldamento degli ambienti o dell’acqua calda sanitaria. 
• Acqua-Acqua: queste pompe di calore sfruttano l’energia termica presente in una fonte di acqua, come pozzi, laghi o fiumi, per il riscaldamento o il raffreddamento dell’acqua che circola nel sistema di climatizzazione dell’edificio. 
• Geotermiche: utilizzano il calore presente nel terreno per riscaldare o raffreddare un’abitazione o una struttura. Sono altamente efficienti e costanti poiché la temperatura del terreno, alla conveniente profondità,  è abbastanza stabile durante tutto l’arco dell’anno. 
• Ibride: questi sistemi combinano diverse tecnologie, ad esempio una pompa di calore e una caldaia tradizionale, per ottimizzare l’efficienza energetica in base alle condizioni climatiche e alle esigenze di riscaldamento dell’edificio. 

Le pompe di calore possono essere installate anche per la produzione di acqua calda sanitaria, mediante l’installazione di adeguati serbatoi di accumulo termico, isolati termicamente per mantenere la temperatura il più stabile possibile. L’acqua viene riscaldata mediante lo scambio termico conseguente al ciclo termodinamico caratteristico e l’implementazione di sistemi di accumulo termico per la produzione di acqua calda sanitaria combinati con le pompe di calore contribuisce a ottimizzare ulteriormente l’uso delle fonti rinnovabili, offrendo un’opzione sostenibile per soddisfare le esigenze quotidiane di acqua calda rimanendo nell’ambito del dispendio energetico efficiente ed ecologico. 

L’utilizzo negli edifici delle pompe di calore, rispetto ai sistemi tradizionali che sfruttano i combustibili fossili, presenta molteplici vantaggi : 

• Risparmio energetico attraverso l’utilizzo di energia rinnovabile e di impianti altamente efficienti 
• Unica soluzione per il riscaldamento, il raffrescamento e la produzione di Acqua Calda Sanitaria (ACS) 
• Possibilità di sfruttare parzialmente gli impianti di riscaldamento a radiatori o caldaia esistenti 
• Supporto economico con l’aiuto degli incentivi resi disponibili dal governo 
• Monitoraggio energetico e controllo da remoto con le nuove tecnologie  

Le pompe di calore sono diffuse anche in ambito industriale non solo per la climatizzazione ma anche per alcune fasi dei processi produttivi industriali. Differiscono dalle pompe di calore residenziali principalmente per le dimensioni, le capacità di riscaldamento e raffreddamento e le applicazioni specifiche a cui sono destinate. 

•  Le pompe di calore residenziali sono progettate per servire abitazioni e piccoli edifici e di norma hanno dimensioni più ridotte, capacità di riscaldamento e raffreddamento inferiori rispetto alle pompe di calore industriali, vengono utilizzate per il riscaldamento domestico, la produzione di acqua calda sanitaria e il raffreddamento estivo 

• Le pompe di calore industriali sono progettate per servire grandi strutture come fabbriche, ambienti commerciali e hanno dimensioni, e capacità di riscaldamento e raffreddamento rapportate agli importanti volumi che esse devono soddisfare per il trattamento di tali ambienti, vengono spesso abbinate a sistemi di ventilazione e condizionamento dell’aria più complessi, i cosiddetti HVAC. Si differenziano nella tecnologia e nella componentistica che le costituiscono. Mentre le residenziali sono generalmente costruite con componenti standardizzati e tecnologia adatta alle esigenze domestiche, le pompe di calore industriali possono essere progettate su misura, customizzate in base alle esigenze specifiche di una particolare applicazione industriale. Ciò può includere l’uso di tecnologie più avanzate come sistemi ad assorbimento o sistemi ad alta capacità per gestire carichi termici più elevati. 

Oltre agli standard internazionali, le pompe di calore industriali devono rispettare i regolamenti e le normative nazionali e locali in materia di sicurezza, efficienza energetica e impatto ambientale. 

Le pompe di calore industriali si prestano a svariati utilizzi: 

• Riscaldamento industriale: le pompe di calore possono essere utilizzate per fornire calore a temperature elevate per processi industriali come il riscaldamento di fluidi di processo, l’asciugatura di materiali e molte altre applicazioni che richiedono un elevato livello di calore. 
• Raffreddamento industriale: in ambienti industriali dove è necessario il raffreddamento, le pompe di calore possono essere utilizzate per rimuovere il calore dalle apparecchiature o dai processi di produzione. Ad esempio: nei processi di refrigerazione per il mantenimento delle temperature in celle frigorifere, nel raffreddamento di macchinari o nell’abbassamento della temperatura di reazioni chimiche. 
• Recupero di calore: le pompe di calore possono essere utilizzate per il recupero di calore dai processi industriali ad alta temperatura e il suo riutilizzo per scopi utili come il riscaldamento di acqua o fluidi di processo, contribuendo così a migliorare l’efficienza energetica complessiva dell’impianto. 
• Essiccamento: le pompe di calore possono essere utilizzate per il processo di essiccamento di materiali come alimenti, prodotti agricoli, materiali in polvere o granulari, contribuendo a ridurre i tempi di essiccazione e il consumo di energia rispetto ai metodi convenzionali come il riscaldamento diretto.  

Questi sono solo alcuni esempi di come le pompe di calore possano essere utilizzate in ambiti di processo produttivo in contesti industriali, la loro versatilità e capacità di adattarsi a una vasta gamma di temperature e di applicazioni le rendono una scelta interessante per migliorare l’efficienza energetica e ridurre i costi nelle operazioni industriali. 

Progettazione e installazione delle Pompe di Calore 

La progettazione e l’installazione di sistemi di climatizzazione con utilizzo delle Pompe di Calore è un punto di partenza cruciale basata sull’analisi approfondita delle caratteristiche specifiche di ogni ambiente sia che si tratti di un impianto ex novo che, soprattutto, si tratti di convertire un impianto tradizionale. 

 Esperti progettisti collaborano strettamente con le aziende industriali per comprendere le loro esigenze uniche. L’approccio personalizzato tiene conto di variabili come la dimensione degli spazi, le caratteristiche termiche degli impianti e le esigenze settoriali, garantendo soluzioni ottimali. 

Dopo aver fatto un’analisi preliminare approfondita, si può passare all’installazione, la quale costituisce sicuramente un passaggio critico in quanto richiede competenza e precisione. Tecnici specializzati e certificati si occupano del corretto posizionamento di ogni componente, seguendo rigorosi standard di qualità per garantire efficienza e durabilità. 

Collaborare con professionisti per la progettazione e installazione degli impianti a Pompa di Calore offre numerosi vantaggi: 

• Personalizzazione: risposte ad hoc alle specifiche esigenze di ogni ambiente. 
• Certificazione e sicurezza: installazioni eseguite da personale certificato per garantire sicurezza e performance affidabili. 
• Innovazione tecnologica: utilizzo di tecnologie all’avanguardia per massimizzare le prestazioni degli impianti. 

Investire nella progettazione e nell’installazione è essenziale per ottimizzare le condizioni ambientali e garantire la correttezza delle molteplici applicazioni a disposizione. 

Contattate sempre dei veri professionisti del settore per garantirvi condizioni di lavoro ottimali!

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