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[[File:Heat Pump.jpg|thumb|Unità esterna di una pompa di calore ad aria|300x300px]]
La '''pompa di calore''' è una macchina in grado di trasferire [[energia termica]] da un corpo a [[temperatura]] più bassa ad un corpo a temperatura più alta o viceversa, utilizzando differenti forme di energia, generalmente [[elettricità|elettrica]].<br />
La '''pompa di calore''' (o '''termopompa''') è una [[macchina termica]] in grado di estrarre e trasferire [[energia termica]]. Per il trasferimento si usano varie forme di [[energia]], generalmente [[energia meccanica]].
Esempi comuni di macchine di questo tipo sono:
<ref name = ref1>{{cita libro | nome = Walter | cognome = Grassi | titolo = Le pompe di calore | anno = 2016 | editore = Walter Grassi | ISBN = 9788892558762}}</ref>
* [[congelatore|refrigeratori]];
* [[condizionatore|condizionatori]] d'aria;
Le pompe di calore sono considerate come una delle soluzioni più scalabili nel breve periodo per ridurre le emissioni derivanti da consumi domestici-abitativi<ref name="illuminem.com">{{Cita web |url = https://illuminem.com/illuminemvoices/debunking-heat-pump-myths |titolo = Sfatare i miti sulle pompe di calore |autore = Jan Rosenow |sito = illuminem}}</ref><ref name="University of Michigan">{{Cita web |url = https://news.umich.edu/could-residential-heat-pumps-be-part-of-the-climate-solution/ |titolo = Could residential heat pumps be part of the climate solution? |autore = Jim Erickson |sito = University of Michigan}}</ref>.
==Descrizione==
Esempi comuni di pompe di calore sono:
* [[congelatore|refrigeratore]];
* [[condizionatore d'aria]];
* pompa di calore a compressione di [[gas]];
* pompa di calore ad assorbimento;
* pompa di calore a cambiamento di fase;
* pompa di calore termoelettrica a [[effetto Peltier]];
* Vortex, detto anche [[tubo di Ranque-Hilsch]].
Si noti che, nel campo di condizionamento dell'[[aria]], ilIl termine ''pompa di calore'' èviene specificamentespesso riferitousato adper indicare un condizionatore d'aria conche, grazie ad una [[valvola (idraulica)|valvola]] reversibile, chepuò cambiacambiare la direzione di scorrimentomoto del [[fluido]] refrigerante, e permettepotendo cosìquindi sia dirinfrescare apportare sia di estrarre caloreche dariscaldare un locale di un [[edificio]]; tale termine è improprio, in quanto i condizionatori d'aria sfruttano sempre il principio di funzionamento della pompa di calore, anche quando vengono usati per rinfrescare.
== Funzionamento ==
[[File:HeatpumpHeatpump2.svg|thumb|300pxupright=1.4|Principio di funzionamento di una pompa di calore:
<ol><li>condensatore,</li>
<li>valvolaValvola di espansionelaminazione,</li>
<li>evaporatorevaporizzatore,</li>
<li>compressore.</li></ol>]]
Le pompe di calore funzionano grazie a diversi principi fisici, mae sono classificate in base alla loro applicazione ([[Trasmissione del calore|trasmissione di calore]], fonte di calore, dispersore di calore o macchina refrigeratrice).
Un [[compressore]] aspira il [[fluido refrigerante]], lo comprime e lo spinge nella serpentina (zona) ad alta [[pressione]] del circuito (in rosso nell'immagine). Il fluido è spinto quindi in uno [[scambiatore di calore]] (qui con funzione di [[Condensatore (tecnologie chimiche)|condensatore]]) il quale cede calore all'ambiente, quindi il fluido si raffredda e condensa (assume forma liquida). Il liquido è spinto attraverso la [[valvola di laminazione]], che separa la parte ad alta pressione da quella a bassa pressione (in blu nell'immagine). Il liquido, che sta a bassa pressione, raggiunge un secondo scambiatore di calore (qui con funzione di vaporizzatore), assorbe calore dall'ambiente passando in forma di vapore e viene nuovamente aspirato dal compressore, ricominciando il ciclo.<ref name = ref2>{{cita web| url = http://www.science.unitn.it/~fisica1/fisica1/appunti/termo/cap_4/cap_4_4_1.htm | titolo = Funzionamento di un frigorifero | lingua = it | accesso = 22/06/2016}}</ref>
Si porge una spiegazione intuitiva di come funziona una pompa di calore. Si immaginino 100 unità di [[energia termica]] all'interno di un [[palla (sport)|pallone]]; questo viene compresso fino a raggiungere le dimensioni di una pallina da [[ping pong]]: questa pallina contiene le stesse unità di energia, ma l'energia termica per unità di volume è maggiore e la temperatura dell'aria all'interno della palla è aumentata.<br />
Le pareti della pallina si riscaldano e quindi il calore inizia a trasferirsi all'esterno. Per portare questo calore in un altro luogo, si può immaginare di muovere la pallina in una zona fredda, dove essa gradualmente aggiusterà la sua temperatura fino a uguagliare la temperatura dell'ambiente: in questo processo si ipotizza che essa trasferisca 50 unità di energia termica.<br />
Dopo che la pallina si è raffreddata, la si può riportare nella zona iniziale e lasciarla espandere. Dato che ha perso calore, nel momento in cui torna alle dimensioni di un pallone la sua temperatura è troppo bassa e quindi inizia ad assorbire energia termica, raffreddando l'aria circostante.
Il [[compressore]] di una pompa di calore crea proprio la differenza di [[pressione]] che permette il ciclo (similmente alla palla che si espande e si contrae): esso aspira il fluido refrigerante attraverso l'[[evaporatore]], dove il fluido stesso evapora, a bassa pressione, assorbendo calore, lo comprime e lo spinge all'interno del condensatore, dove il fluido condensa, ad alta pressione, rilasciando il calore assorbito. Il fluido refrigerante cambia di stato all'interno dei due scambiatori: passa nell'evaporatore da liquido a gassoso, nel condensatore da gassoso a liquido.
== Rendimento ==
Quando si confrontanoPer le prestazioni di pompe di calore, ènon megliosi evitareparla il terminedi "[[Rendimento (termodinamica)|rendimento]]", inma quantodi esso ha differenti significati"resa", conviene parlareprecisamente di resa. La resa è espressa dal [[rendimento (termodinamica)|coefficiente di prestazione]], '''(COP'''), rapporto tra energia resa (allacalore sorgentefornito diad interesseun ambiente) ed energia consumata (di solitoenergia elettrica), usualmentequella indicatorichiesta indal ''compressore). In [[fisica tecnica'']] è comechiamato [[coefficiente di effetto utile]]. Un valore del COP pari a 3 indicasta a significare che per ogni1 kWhunità di energia (elettrica) consumatoconsumata, lail pompasistema ditrasferisce calore3 fornisceunità caloredi parienergia atermica.<ref 3name kWh.= ref1 />
Quando usata per scaldare con un clima mite, una pompa di calore ha un COP che va da 3 a 4 (mediamente a 10 °C raggiunge 3,3), invece a −8,3 °C è circa 2,3). Una classica stufetta elettrica ha un COP teorico pari a 1. In altre parole 1 [[joule]] di energia elettrica dato alla stufetta dà calore pari a 1 J, mentre, in condizioni ideali, dato ad una pompa di calore muove più di 1 J di energia termica da un luogo freddo a uno caldo. A volte questo concetto è espresso dai venditori di pompe di calore con la dichiarazione di un rendimento maggiore del 100%, ma questa espressione è scorretta, in quanto quell'energia non ''produce'' calore, ma lo ''muove''.
Nel caso di una "stufetta" una [[macchina di Carnot]] in senso inverso (le si fornisce lavoro e si ottiene calore), tra sorgenti rispettivamente a 0 e 20 [[Celsius|gradi centigradi]], il rendimento teorico COP è pari a 15 (rapporto 1:15 tra il lavoro delle resistenze elettriche e il calore ottenuto). Macchine simili sono efficienti, ma il loro costo d'impianto è elevato.
Il processo della pompa di calore non viola né la [[prima legge della termodinamica]], perché ci vuole meno energia per muovere il calore che per produrlo, né la [[seconda legge della termodinamica]], perché il lavoro richiesto per muovere calore da bassa ad alta temperatura è maggiore del lavoro che si può ricavare muovendo la stessa energia termica, in senso opposto, attraverso un motore ideale (questo è il principio che limita il COP).
Si fa notare che quando c'è una notevole differenza di temperatura, per esempio quando si vuole riscaldare una casa in una rigida giornata invernale, è necessario più lavoro per muovere il calore. Se la pompa di calore è all'esterno e l'[[evaporatore]] non è riparato, è possibile che il COP scenda sia inferiore a 1 e che l'umidità dell'aria tenda a ghiacciarsi sulle alette del dispositivo (con obbligo di periodico scongelamento). In altre parole, quando fuori fa molto freddo, conviene produrre calore all'interno con una stufetta piuttosto che prenderlo dall'esterno.
In fase di raffreddamento la prestazione di una pompa di calore è descritta dall'[[EER]] (''energy efficiency ratio'') o dall'SEER (''seasonal energy efficiency ratio''), migliore prestazione per valori più elevati. Il costruttore dichiara quindi sia il COP, sia l'[[EER]] (o l'SEER). In alcuni stati è richiesto un minimo valore per il SEER: in [[Canada]] esso è 13; con l'uso di scambiatori e fluidi refrigeranti più efficienti, uniti a compressori a velocità variabile, si possono raggiungere valori pari a 17.
La pompa di calore è solitamente più efficiente nel riscaldamento che nel raffreddamento, dato che la macchina dissipa sempre una parte di energia in calore, calore che può essere usato per il riscaldamento.
Questo è il motivo per cui la porta del frigorifero aperta in una giornata estiva fa scaldare la [[cucina]]: infatti il calore assorbito dallo scomparto freddo è riversato nel condensatore, aumentato dell'energia elettrica dissipata in calore. Un frigorifero aperto è essenzialmente un riscaldatore elettrico 'molto complicato'.<br />
Per questa ragione si usa una formula diversa per il calcolo del COP in riscaldamento o in raffreddamento. In quest'ultimo non interessa quanto calore è disperso dal condensatore, ma quanto calore è estratto dalla zona fredda.
===Definizione===
Di seguito si riportano le formule per il calcolo del COP in applicazioni per il riscaldamento e per il raffreddamento.
È possibile definire sia un COP di riscaldamento che uno di raffreddamento:
:<math>
</math>
dove <math>Q_{\mathrm{freddo}}</math> è la quantità di calore estratta da unaun riservaambiente fredda(serbatoio freddo) alla [[temperatura assoluta]] <math>T_{\mathrm{fredda}}</math> e <math>Q_{\mathrm{caldo}}</math> è la quantità di calore distribuitaconferita ada unaun riservaambiente calda(serbatoio caldo) alla temperatura assoluta <math>T_{\mathrm{calda}}</math>.
===Prestazione in raffreddamento===
Le pompe di calore commerciali sono in rapido sviluppo: il COP è cresciuto negli ultimi 5 anni da 3 a 4 e, in alcuni casi, a 5. Di conseguenza stanno diventando una valida scelta per il riscaldamento domestico. Qui sono utilizzate comunemente quelle ad aria e quelle geotermiche, anche in congiunzione con [[caldaia (riscaldamento)|caldaie]] termiche; a questo proposito si tenga presente che l'aria a −18 °C contiene ancora l'85% del calore dell'aria a 21 °C.
In modalità raffreddamento la prestazione di una pompa di calore è definita dall'"EER" (''[[Indice di efficienza energetica|Energy Efficiency Ratio]]''). La pompa di calore è solitamente più efficiente nel riscaldamento che nel raffreddamento, dato che la macchina dissipa una parte di energia in calore per [[effetto Joule]], calore che si somma al riscaldamento. Nel caso di [[Ciclo di Carnot|macchina di Carnot]] a senso inverso (le si fornisce energia di prima specie e si ottiene calore) tra sorgenti rispettivamente a 0 °C e a 20 °C, il COP è pari a 15 (rapporto 1:15 tra il lavoro delle resistenze elettriche e il calore ottenuto). Macchine simili sono efficienti, ma il costo d'impianto è elevato.
===Variabilità del COP===
Per le pompe di calore che sfruttano l'aria il COP è limitato quando operano in climi molto freddi, dove c'è meno calore da trasferire all'interno di un edificio. Tipicamente il COP scade quando fuori la temperatura scende attorno a −5 °C o −10 °C. Quando si compra una pompa di calore è importante prestare attenzione al COP, a quale intervallo di temperatura tale COP si riferisce, al costo di installazione della pompa, a quanto calore può trasferire, al [[rumore (acustica)|rumore]] generato.
In un caso reale, con un clima mite, una pompa di calore ha un COP che va da 3 a 4 (mediamente con una temperatura esterna di 10 °C raggiunge 3,3, con una di −8,3 °C raggiunge 2,3).<ref name = ref3>{{cita web | url = http://appuntidifisica.wikidot.com/pompe-di-calore | titolo = I refrigeratori e le pompe di calore | lingua = it | accesso = 21/06/2016 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20160816111910/http://appuntidifisica.wikidot.com/pompe-di-calore | dataarchivio = 16 agosto 2016 | urlmorto = sì }}</ref> Per fornire un paragone, una [[Stufa elettrica|stufetta elettrica]] ha un COP teorico pari a 1, ovvero 1 [[joule]] di energia elettrica dato alla stufetta si trasforma in 1 joule di calore, mentre 1 joule di energia elettrica dato alla pompa di calore si trasforma in più di 1 joule di energia termica.
Per le pompe di calore che sfruttano l'aria il COP è limitato quando operano in climi freddi poiché c'è meno calore da trasferire all'interno. Tipicamente il COP crolla quando la temperatura dell'aria esterna scende sotto −5 °C/−10 °C.<ref>{{cita web| titolo = Are Air Source Heat Pumps A Threat To Geothermal Heat Pump Suppliers? | url = https://www.forbes.com/sites/tomkonrad/2014/01/15/are-air-source-heat-pumps-a-threat-to-geothermal-heat-pump-suppliers/ | lingua = en | editore = Forbes | accesso = 22/06/2016}}</ref> Per una pompa di calore è importante prestare attenzione al COP, a quale intervallo di temperatura tale COP si riferisce, al costo di installazione della pompa, a quanto calore può trasferire (potenza), al [[rumore (acustica)|rumore]] generato.
Il COP di una pompa di calore che sfrutta il sottosuolo (di solito l'acqua sotterranea), che rimane a una temperatura relativamente costante durante l'anno ad una profondità di 2,5 m, è maggiore di quello della pompa che sfrutta l'aria ed è costante durante l'anno; in compenso la sua installazione è più difficoltosa e costosa.
Il COP di una pompa di calore che sfrutta il sottosuolo (di solito l'acqua) è maggiore di quello di una pompa che sfrutta l'aria, poiché il terreno presenta una temperatura abbastanza costante durante l'anno; in compenso la sua installazione è più difficoltosa e più costosa,<ref>{{cita web| titolo = Any Geothermal Heat Pump is Better Than Any Air-Source Heat Pump | url = http://www.geojerry.com/efficiencygroundsourcebeatsairsource.html | lingua = en| accesso = 22/06/2016}}</ref> tali installazioni possono essere a tubi orizzontali (ad una profondità compresa tra 0,6 e 2 metri) o verticali (da 50 a 150 metri di profondità), le installazioni verticali permettono un COP maggiore e crescente quando la [[temperatura ambiente]] è bassa<ref>[https://casa.engie.it/magazine/cop-pompa-di-calore/ Cos’è il COP di una pompa di calore e come si calcola]</ref>, negli impianti a tubi orizzontali la profondità d'installazione nel terreno determina anche la fluttuazione della temperatura durante la giornata e la temperatura media mensile durante l'anno, a 10-11 metri la temperatura media mensile è pressoché costante tutta l'anno, mentre avvicinandosi alla superficie cresce l'influenza della temperatura dell'aria<ref>[https://www.tecnoacademy.it/wp-content/uploads/2019/08/Pompe_di_calore_slides.pdf LE POMPE DI CALORE Nozioni di base, calcolo energetico e dimensionamento degli impianti a pompa di calore]</ref>
Le pompe di calore sono sempre più utilizzate per riscaldare le [[piscina|piscine]] e l'acqua per usi domestici.
== Pompa di calore ad aria per condizionamento ==
[[File:Outunit of heat pump.jpg|thumb|250px|L'unitàUn esterna[[evaporatore]] installato su una [[parete (architettura)|parete]].]]
Ci sono due tipi di pompe di calore ad aria; la più comune è quella aria-aria, che estrae calore dall'aria e lo riversa nell'aria che si trova all'interno o all'esterno di un edificio, a seconda della [[stagione]]; seguec'è poianche quella, più rara, aria-[[acqua]], che è utilizzata in ambienti con la distribuzione idronicaidrica del calore.<ref>{{cita (questaweb| secondatitolo soluzione= èAir-Source comunqueHeat piùPumps rara)| url = http://energy.<brgov/energysaver/air-source-heat-pumps | lingua = en | accesso = 22/06/2016}}</ref>
Le pompe di calore ad aria possono essere:
* progettate per lavorare in unioneinsieme con unaun'altra fonte supplementare di riscaldamento, come una [[caldaia (riscaldamento)|caldaia]] (elettrica, a [[gas]], a [[gasolio]]...);
* già dotate di resistenza elettrica inavente funzione di riscaldatore supplementare;
* bivalenti, se sono dotate di un riscaldatore a [[propano]] per innalzare la temperatura dell'aria in ingresso dall'esterno.
=== La fase di riscaldamento ===
IlD'inverno il calore è prelevato dall'aria esterna e portato all'interno dell'edificio.
* Il fluido refrigerante attraversa la [[valvola di laminazione]] e diventa una miscela liquido-vapore a bassa pressione. Quindi, entra nell'evaporatore, posto all'esterno, dove assorbe calore finoe asi trasforma diventarein vapore a bassa temperatura.;
* Il vapore attraversa l'accumulatore, dove è raccolto anche ogni rimanente liquido., Quindiquindi viene compresso, con conseguente innalzamento della temperatura.;
* Il vapore caldo giunge nelal condensatore, che è il radiatore posto all'interno dell'edificio (vicino all'eventuale caldaia), e cambia di fase rilasciando il calore (di liquefazione). Il liquido ottenuto ritorna alla valvola di laminazione e il ciclo si ripete.
AllaQuando l'ambiente esterno è alla ''temperatura esterna di equilibrio'' la capacità di riscaldamento della pompa pareggia le dispersioni termiche dell'edificio, mentre sottoquando l'esterno è adpiù essafreddo è necessario l'apporto di una caldaia tradizionale.
Si sottolinea che laLa pompa di calore producetrasforma aria in grandi quantità (50-60 l/s per [[watt|kW]]) a temperature comprese tra i 25 °C e i 45 °C, tendendo ada operare per periodi più lunghi rispetto a una normale caldaia, che rilascia aria tra i 55 °C e i 60 °C.<ref name = ref1 />
=== La fase di raffreddamento ===
D'estate si inverte il ciclo appenasopra descritto in modo, dacambia cambiarela direzione aldel flusso di calore: il liquido refrigerante evapora nel radiatore interno e condensa nel radiatore esterno. L'aria interna viene inoltre deumidificata.
=== La fase di sbrinamento ===
Quando illo radiatorescambiatore esterno opera come evaporatore (fase di riscaldamento invernale), lafunziona suain superficieun risultaambiente afreddo bassae temperaturala quandosua anche l'ariasuperficie esterna èassume freddatemperature (faseancora minori di riscaldamentoquelle nella stagione invernale)ambientali. Questo comportaimplica la formazione di [[ghiaccio]] su di esso, dovuta alla presenza di umidità nell'aria esterna, e di conseguenza una riduzione del rendimento dello scambio termico (il ghiaccio è isolante).
Per disciogliere lo strato di ghiaccio, periodicamente la valvola reversibile inverte il ciclo e la ventola dell'evaporatore esterno si ferma, in modo da ridurre l'energia termica necessaria per lo sbrinamento.; Ovviamentein questo modo la macchina funziona in raffreddamento per il tempo necessario a far riscaldare il radiatore esterno fondendo il ghiaccio, mentreper poi riprendere il funzionamento in riscaldamento. Mentre la macchina è in questa fase, il radiatore interno raffreddaemette l'aria dell'edificionon eriscaldata dal sistema della pompa di calore, che deve quindi viessere èriscaldata lautilizzando necessitàmetodi didiversi riscaldarla(ad esempio con [[Resistore|resistenze]]) prima di immetterlavenire immessa in circolo.
Vi sono due metodi per stabilire quando effettuare lo sbrinamento:
* con un [[sensore]] di temperatura esterno e un [[temporizzatore|timer]] che inverte il ciclo ognia totintervalli minutidi tempo prefissati;
* con un sistema di controllo più raffinato, che monitora il flusso d'aria, la pressione del refrigerante, e la temperatura dell'aria.
Il secondo metodo, seppur più carocostoso, è preferibile in quanto evita sbrinamenti non necessari e quindi migliora ille rendimentoprestazioni stagionali della macchina.
=== Dimensionamento ===
Anche se la pompa di calore può fornire tutto il calore necessario ada un edificio, non è conveniente quando i carichi per il riscaldamento sono molto maggiori di quelli per il raffreddamento: la pompa, dimensionata per la stagione invernale, d'estate opererebbe intermittentementein maniera intermittente, con minore rendimentoCOP e minore capacità di deumidificazione.
Un buon compromesso tra costi e prestazioni stagionali comportaè nel fatto che la pompa di calore fornisca non più del 125% del carico estivo e non più del 90% del carico invernale. Così facendo, la temperatura di equilibrio (quella a cui la pompa fornisce tutto e solo il calore che l'edificio disperde) risulta compresa tra 0 °C e −5 °C.<ref>{{cita web | titolo = Manuale di Progettazione: Riscaldare e Raffrescare con Pompe di Calore | url = http://www.dimplex.de/fileadmin/dimplex/downloads/planungshandbuecher/it/dimplex_progettazione-raffrescare_it_200812.pdf | formato = PDF | lingua = it | accesso = 22/06/2016 | dataarchivio = 7 agosto 2015 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20150807054648/http://www.dimplex.de/fileadmin/dimplex/downloads/planungshandbuecher/it/dimplex_progettazione-raffrescare_it_200812.pdf | urlmorto = sì }}</ref>
== Pompa di calore geotermica per condizionamento ==
{{vedi anche|Pompa di calore geotermica}}
La pompa di calore geotermica utilizza il terreno o l'acqua che si trova nel terreno come fonte o come dispersore di calore. Il trasporto dell'energia termica è effettuato mediante la stessa acqua o mediante un liquido antigelo, eccetto nelle pompe di calore a espansione diretta, in cui si usa un fluido refrigerante che circola nello scambiatore posto nel terreno.
La [[pompa di calore geotermica]] usa il terreno (ad es. l'acqua che si trova nel terreno) come fonte o come dispersore di calore.
Il trasporto dell'energia termica è effettuato mediante la stessa acqua o mediante un liquido antigelo, eccetto nelle pompe di calore a espansione diretta, in cui si usa un fluido refrigerante che circola nello scambiatore posto nel terreno.
A differenza delle pompe di calore ad aria, quelle geotermiche possono funzionare in raffreddamento anche in modalità passiva: esse estraggono calore dall'edificio pompando nel sistema l'acqua fredda o il liquido antigelo, senza l'azione della pompa di calore vera e propria.
Il sistema di tubazioni che percorre il terreno può essere aperto o chiuso. Nel sistema aperto si estrae l'acqua da una [[falda (geologia)|falda]] sotterranea, la si porta fino allo scambiatore di calore e quindi la si scarica in un corso d'acqua, di nuovo nella medesima falda o in un bacino appositamente costruito (e che permetta la rifiltrazione verso il terreno). Nel sistema chiuso il calore è intercettato dal terreno per mezzo di una tubazione continua sotterrata, con al suo interno un fluido refrigerante (per le pompe a espansione diretta) o liquido antigelo mantenuto a bassa temperatura e pressurizzato.<ref>{{cita web| titolo = Geothermal Heat Pumps | url = http://energy.gov/energysaver/geothermal-heat-pumps | lingua = en | accesso = 22/06/2016}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Marco|cognome=Belliardi|nome2=Nerio|cognome2=Cereghetti|nome3=Paola|cognome3=Caputo|data=2021-01|titolo=A Method to Analyze the Performance of Geocooling Systems with Borehole Heat Exchangers. Results in a Monitored Residential Building in Southern Alps|rivista=Energies|volume=14|numero=21|p=7407|lingua=en|accesso=2022-07-19|doi=10.3390/en14217407|url=https://www.mdpi.com/1996-1073/14/21/7407}}</ref>
=== Il ciclo di riscaldamento ===
Nelle pompe di calore a espansione diretta il fluido refrigerante raccoglie il calore dal sottosuolo e quindied entra direttamentesubito nel compressore. Nelle pompe di calore che usano l'acqua o un liquido antigelo si ha una cessione di calore intermedia (dai liquidi detti prima al fluido refrigerante) in un primo scambiatore di calore.
In seguito il ciclo prosegue come nelle pompe di calore ad aria.
=== Il ciclo di raffreddamento ===
A differenza delle pompe di calore ad aria, non è necessaria l'operazione di sbrinamento, in quanto la temperatura nel sottosuolo è molto più stabile e il compressore è sistemato all'interno dell'edificio.
=== Coefficiente di prestazione (COP) ===
=== Rendimento ===
Le pompe di calore geotermiche funzionanti con acqua sotterranea o a sistema aperto hanno un COP variabile da 3,6 a 5,2 e un EER tra 3,4 e 5,0; quelle con circuito chiuso hanno un COP tra 3,1 e 4,9, mentre EER tra 2,9 e 4,5.<ref name = ref1 />
=== Dimensionamento ===
Come per le pompe di calore ad aria, non è conveniente dimensionare la pompa geotermica per soddisfare tutte le richieste di energia termica di un edificio; conviene dimensionarla per il 60-70% del massimo carico (somma dell'energia termica necessaria per riscaldare l'intero edificio e l'acqua calda richiestaper dallele utenze), lasciando a un sistema supplementare le richieste occasionali. Così facendo, la pompa viene a fornirefornisce il 95% della totale dell'energia termica utilizzata.
La necessitàportata di acqua dal terreno per una pompa di 10 kW è compresa tra 0,45 l/s e 0,75 l/s.
=== Sistema a circuito chiuso ===
La tubazione è posta verticalmente in fori di circa 150 mm (più stretti per il sistema a espansione diretta), a profondità tipicamente di circa 100 m, ma che possono arrivare, a seconda della tipologia del terreno e della macchina perforatrice, anche oltre 200 m. Di solito sono necessari tra gli 80 e i 110 m di tubazione ogni 3,5 kW di capacità della pompa, la cui profondità deve tuttavia essere calcolata per evitare il congelamento (perforazione troppo corta) o investimenti troppo elevati (perforazione troppo lunga). A tal proposito esistono numerose normative nazionali e internazionali<ref>{{Cita web|url=http://shop.sia.ch/normenwerk/architekt/384-6_2021_d/F/Product/|titolo=SIA-Shop Produit-«SIA 384/6 / 2021 D - Erdwärmesonden (Collection des normes => Architecte)»|autore=redM-Software ch, info@redM-Software ch, Marcel Rossi, CH-8306 Brüttisellen-Zurich|sito=shop.sia.ch|accesso=2022-07-19}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.beuth.de/en/technical-rule/vdi-4640-blatt-2/301691451|titolo=VDI 4640 Blatt2 - Thermal use of the underground - Ground source heat pump systems}}</ref> e software dedicati<ref>{{Cita web|url=https://buildingphysics.com/eed-2/|titolo=EED – Earth Energy Designer – Buildingphysics.com|lingua=en|accesso=2022-07-19}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://www.hetag.ch/ews_en.html|titolo=EWS {{!}} Huber Energietechnik AG, Zurich|sito=www.hetag.ch|accesso=2022-07-19}}</ref>.<br />
Quando gli spazi sono ristretti, la tubazione è posta verticalmente, in fori di 150 mm (più stretti invece per il sistema a espansione diretta), a una profondità tra i 18 e i 60 m. Di solito sono necessari tra gli 80 e i 110 m di tubazione ogni 3,5 kW di capacità della pompa.<br />
Quando gli spazi sono maggiori, la tubazione è posta orizzontalmente a una profondità compresa tra 1 e 1,8 m. Di solito sono necessari tra i 120 e i 180 m di tubazione ogni 3,5 kW di capacità della pompa.
La tubazione, a parte nel caso dell'espansione diretta in cui è di [[rame]], convienenel siacaso diverso è di [[polietilene]] o [[polibutilene]] serie 100, con i giunti saldati termicamente, così che la durata possa essere tra i 25 e i 75 anni; sempre chese il contatto col terreno siaè accurato, questi materiali assicurano una buona [[conduzione termica]].<ref>{{cita pubblicazione | cognome1 = Morrone | nome1 = Biagio | cognome2 = Coppola | nome2 = Gaetano | cognome3 = Raucci | nome3 = Vincenzo | anno = 2014 | titolo = Energy and economic savings using geothermal heat pumps in different climates | lingua = en | rivista = Energy Conversion and Management | volume = 88 | numero = 1 | pagine = 189-198 | doi=10.1016/j.enconman.2014.08.007}}</ref>
=== Considerazioni sull'installazione ===
Il costo di installazione può essere finoanche a 2due volte maggiore di quello di una caldaia tradizionale e, dovrebbeper essere recuperatoconveniente, graziedeve aiessere ammortizzato dai risparmi energetici, in un tempo attornopari aia circa 5 anni per essere economicamente attraente. Si tenga presente infatti che le pompe geotermiche permettono mediamente un risparmio deldi circa il 40% di energia rispetto a quelle ad aria ede hanno un'aspettativavita di vitaattesa di circa 20/25 anni (maggiore rispetto a quelle ad aria in quanto il compressore è sottoposto a minori [[SollecitazioneAzione esterna|sollecitazioni]] meccaniche ed è protetto dall'ambiente).
== Pompa di calore elio-assistita ==
{{vedi anche|Pompa di calore elio-assistita}}
La [[pompa di calore elio-assistita]] è un sistema integrato che vede l'utilizzo di una pompa di calore e di [[Pannello solare termico|pannelli solari termici]]; normalmente le due tecnologie vengono impiegate separatamente (o al più ponendole in parallelo) per produrre acqua calda sanitaria e [[Impianto di riscaldamento|riscaldamento]].<ref>{{cita web | url = http://www.bine.info/en/publications/themeninfos/publikation/elektrisch-angetriebene-waermepumpen/waermepumpen-plus-solar/ | titolo = Solar-assisted heat pumps | lingua = en | accesso = 21/06/2016 | dataarchivio = 28 febbraio 2020 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20200228222214/http://www.bine.info/en/publications/themeninfos/publikation/elektrisch-angetriebene-waermepumpen/waermepumpen-plus-solar/ | urlmorto = sì }}</ref> In questo sistema il pannello solare termico svolge la funzione di fonte di calore a bassa temperatura e il calore prodotto viene utilizzato per alimentare l'evaporatore della pompa di calore.<ref>{{cita web | url = http://www.climatizzazioneconfontirinnovabili.enea.it/index.php/pompe-di-calore-elioassistite | titolo = Pompe di calore elio-assistite | lingua = it | accesso = 21/06/2016 | urlmorto = sì | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20120107065814/http://climatizzazioneconfontirinnovabili.enea.it/index.php/pompe-di-calore-elioassistite | dataarchivio = 7 gennaio 2012 }}</ref> L'obiettivo è di ottenere [[Coefficiente di prestazione|COP]] elevati e produrre energia in modo più [[Efficienza energetica|efficiente]] e meno costoso.
== Note ==
<references />
==Voci correlate==
* [[Ciclo frigorifero]]
* [[Geotermia a bassa entalpia]]
* [[Pompa di calore elio-assistita]]
*[[Diagnosi energetica]]
* [[Decreto legislativo 115/2008]]
* [[Efficienza energetica]]
* [[Energia geotermica]]
== Altri progetti ==
{{interprogetto|commons=Category:Heat pumps}}
== Collegamenti esterni ==
* {{en}}[http://www.hptcj.or.jp/e/publication/pdf/hpe-all.pdf Heat pumps Long Awaited Way out of the Global Warming] - Information from Heat Pump & Thermal Storage Technology Center of Japan
* {{en}}[http://oee.nrcan.gc.ca/publications/infosource/home/index.cfm?act=online&id=4427&format=PDF&lang=01&PrintView=N&Text=N Riscaldare e raffreddare con una pompa di calore (in inglese)]
* [http://live.pege.org/2006-intersolar/inside-a-heat-pump.htm Video sul fluido all'interno di un evaporatore]
{{portale|ExpoClima|Fisica|ingegneria}}
* [http://www.expoclima.net/sito/oi_expoclima/ita/editoriali/le_pompe_di_calore_del_futuro.asp Articolo sulle pompe di calore]
* {{Collegamenti esterni}}
[[Categoria:Ingegneria termotecnica]]
* {{cita web|http://www.heatpumpingtechnologies.org|IEA Technology Collaboration Programme on Heat Pumping Technologies, HPT TCP|lingua=it}}
[[Categoria:Fonti di riscaldamento]]
* {{cita web|1=http://www.tutorcasa.it/articoli/gahp_pompe_calore_assorbimento_gas.htm|2=GAHP: POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO A GAS|lingua=it|accesso=29 gennaio 2012|dataarchivio=1 febbraio 2012|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20120201031741/http://www.tutorcasa.it/articoli/gahp_pompe_calore_assorbimento_gas.htm|urlmorto=sì}}
* {{cita web| url = http://www.hptcj.or.jp/Portals/0/data0/e/publication/pdf/hpe-all.pdf | titolo = Heat pumps Long Awaited Way out of the Global Warming | lingua = en | formato = PDF | accesso = 21/06/2016}}
* {{cita web | url = http://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf | titolo = Riscaldare e raffreddare con una pompa di calore | lingua = en | formato = PDF | accesso = 21/06/2016 | dataarchivio = 1 luglio 2015 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20150701215704/http://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/home/heating-heat-pump/booklet.pdf | urlmorto = sì }}
* {{cita web|http://live.pege.org/2006-intersolar/inside-a-heat-pump.htm|Video sul fluido all'interno di un evaporatore}}
* {{cita web|http://www.expoclima.net/special/5/le_pompe_di_calore_di_ultima_generazione/le_pompe_di_calore_di_ultima_generazione.htm|Articolo sulle pompe di calore}}
* {{cita web|http://www.expoclima.net/special/40/le_unita_ad_assorbimento/pompe_di_calore_ad_assorbimento_principi_di_funzionamento.htm|Le pompe di calore ad assorbimento a gas}}
* {{cita web|http://nuovisistemienergetici.it/index.php/ecobonus-65-per-il-2019-cosa-e-e-come-funziona|Ecobonus del 65% per le pompe di calore}}
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