Pompa di calore: differenze tra le versioni

Versione delle 11:57, 19 dic 2011

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Le pompe di calore funzionano grazie a diversi principi fisici, ma sono classificate in base alla loro applicazione (trasmissione di calore, fonte di calore, dispersore di calore o macchina refrigeratrice).

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.

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dove <math>Q_{\mathrm{freddo}}</math> è la quantità di calore estratta da una riserva fredda alla temperatura <math>T_{\mathrm{fredda}}</math> e <math>Q_{\mathrm{caldo}}</math> è la quantità di calore distribuita ad una riserva calda alla temperatura <math>T_{\mathrm{calda}}</math>.

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&nbsp;°C contiene ancora l'85% del calore dell'aria a 21&nbsp;°C.

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&nbsp;°C o −10&nbsp;°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.

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.

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[[File:Outunit of heat pump.jpg|thumb|250px|L'unità esterna]]

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 all'interno o all'esterno di un edificio, a seconda della [[stagione]]; segue poi quella aria-[[acqua]], che è utilizzata in ambienti con la distribuzione idronica del calore (questa seconda soluzione è comunque più rara).<br />Le pompe di calore ad aria possono essere:

* progettate per lavorare in unione con una fonte supplementare di riscaldamento, come una [[caldaia (riscaldamento)|caldaia]] elettrica, a [[gas]], a [[gasolio]]...

* già dotate di resistenza elettrica in funzione di riscaldatore supplementare;

* bivalenti, se sono dotate di un riscaldatore a [[propano]] per innalzare la temperatura dell'aria in ingresso dall'esterno.

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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.

=== Il ciclo di riscaldamento ===