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La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta. Essa opera con lo stesso principio del frigorifero e del condizionatore d’aria. Analogamente ad una pompa idraulica che solleva acqua da un livello inferiore ad un livello superiore la pompa termica porta il calore da un livello termico più basso ad uno più elevato e quindi utilizzabile ai fini della climatizzazione.
Le pompe di calore si distinguono in base alla sorgente fredda e al pozzo caldo che utilizzano.
Possono quindi essere del tipo:
- Aria - Aria
- Aria - Acqua
- Acqua - Acqua
- Acqua - Aria
- Terra - Acqua
• L’aria come sorgente fredda ha il vantaggio di essere disponibile ovunque; tuttavia la potenza resa dalla pompa di calore diminuisce con la temperatura della sorgente. Nel caso si utilizzi l’aria esterna, è necessario (intorno a 0°C), un sistema di sbrinamento che comporta un ulteriore consumo di energia.
Diverso e più vantaggioso, è l’impiego come sorgente fredda dell’aria interna viziata (aria estratta) che deve essere comunque rinnovata.
• L’acqua come sorgente fredda garantisce le prestazioni della pompa di calore senza risentire delle condizioni climatiche esterne; tuttavia richiede un costo addizionale dovuto al sistema di adduzione.
• Il terreno, come sorgente fredda ha il vantaggio di subire minori sbalzi di temperatura rispetto all’aria.
Le tubazioni orizzontali vanno interrate ad una profondità minima da 1 a 1,5 metri per non risentire troppo delle variazioni di temperatura dell’aria esterna e mantenere i benefici effetti dell’insolazione. È necessaria una estensione di terreno da 2 a 3 volte superiore alla superficie dei locali da riscaldare. Si tratta quindi di una soluzione costosa, sia per il terreno necessario che per la complessità dell’impianto.
Le possibili applicazioni della pompa di calore sono:
Climatizzazione degli ambienti
È ormai attuale l’applicazione della pompa di calore per la climatizzazione degli ambienti nel settore residenziale e nel terziario (esercizi commerciali di medie dimensioni; parrucchieri; cucine di ristoranti; studi professionali), in alternativa ai sistemi convenzionali composti da refrigeratore più caldaia. La stessa macchina infatti, mediante una semplice valvola, è in grado di scambiare tra loro le funzioni dell’evaporatore e del condensatore, fornendo così calore in inverno e freddo in estate (tipo Invertibile).
L’applicazione della pompa di calore alla climatizzazione ambientale (riscaldamento + raffrescamento) è la più conveniente poiché comporta un minor tempo di ammortamento del costo d’impianto rispetto ad un utilizzo per il solo riscaldamento.
Nel caso di edifici esistenti, l’applicazione della pompa di calore per il condizionamento degli ambienti, sia invernale che estivo, richiede un intervento di ristrutturazione dell’intero impianto termico ed elettrico, con conseguente maggior costo.
Diverse sono le applicazioni della pompa di calore nei settori terziario e industriale, ad esempio: la climatizzazione delle piscine, l’essiccazione e processi tecnologici a bassa temperatura nell’industria agro-alimentare, ecc.
Riscaldamento degli ambienti e dell'acqua sanitaria
La pompa di calore può essere utilizzata anche per la sola produzione di calore per il riscaldamento degli ambienti e dell’acqua sanitaria. In questi casi vanno attentamente valutati gli aspetti economici rispetto ai sistemi tradizionali quali caldaie e scaldabagni elettrici o a gas.
Per il riscaldamento degli ambienti gli impianti possono essere di tipo:
• Monovalente
• Bivalente
Si utilizza la configurazione monovalente quando la pompa di calore è in grado di coprire interamente il fabbisogno termico necessario al riscaldamento degli ambienti. Se la pompa di calore usa come sorgente l’aria esterna, tale configurazione è adottabile nelle zone climatiche dove la temperatura esterna scende raramente sotto ai 0° C.
In caso contrario si deve realizzare un sistema bivalente, costituito dalla pompa di calore e da un sistema di riscaldamento ausiliario, cioè una caldaia tradizionale che copra il fabbisogno termico quando la temperatura dell’aria scende solo al di sotto di 0° C.
Per il riscaldamento dell’acqua sanitaria occorrono serbatoi di accumulo più grandi di quelli impiegati nei normali scaldacqua in quanto la temperatura del1’acqua prodotta non supera i 55° C.
Attualmente, per la climatizzazione degli ambienti, sono in commercio diversi tipi di pompa di calore così classificabili:
Piccola potenza
(fino a circa 2 kW) adatte a monolocali, utilizzabili anche per il riscaldamento dell’acqua sanitaria. Possono essere:
• Monoblocco. Tutti i componenti sono raggruppati insieme
• Split. L’impianto è composto da:
Unità Esterna, costituita dal compressore e da uno scambiatore di calore che ha la funzione di evaporatore o condensatore.
Unità Interna, costituita da un armadietto dal quale viene immessa nell’ambiente aria calda o fresca, a seconda dei casi. Il sistema così composto permette di installare le parti più rumorose dell’impianto in una zona esterna all’ambiente da climatizzare.
Media potenza
(da 10 a 20 kW) adatte a servire più locali, possono essere:
• Monoblocco. Tutti i componenti sono rag- gruppati insieme
• Multisplit. L’impianto è composto da:
Unità Esterna, costituita dal compressore e da uno scambiatore di calore, che ha la funzione di evaporatore o condensatore.Unità Interne, costituite da più armadietti, regolati singolarmente, dai quali viene immessa negli ambienti aria calda o fresca, a seconda dei casi.
Il sistema così composto permette di installare le parti più rumorose dell’impianto in una zona esterna all’ambiente da climatizzare.
Grande potenza
(oltre 20 kW), per più appartamenti, per uffici e per esercizi commerciali. Questi impianti, più complessi, vanno progettati da specialisti.
Essi sono composti da:
• Unità Motocondensanti Esterne: che pro- ducono l’acqua calda e l’acqua refrigerata.
• Ventilconvettori o Fan-Coils: mobiletti interni, che immettono negli ambienti aria calda d’inverno o aria fresca d’estate e prov- vedono a mantenere una temperatura di comfort anche nelle stagioni intermedie.
Nella scelta della pompa di calore occorre considerare:
• le caratteristiche climatiche del luogo dove viene installata
• le caratteristiche tipologiche dell’edificio
• le condizioni di impiego.
Caratteristiche climatiche
Le caratteristiche climatiche hanno importanza soprattutto qualora la sorgente fredda sia l’aria esterna; si può infatti avere, durante il periodo invernale, la formazione di brina sull’evaporatore, con conseguente cattivo scambio termico. Per ovviare a questo inconveniente la pompa di calore è dotata di un dispositivo di sbrinamento (ad esempio una resistenza elettrica).
Tale problema tuttavia non si presenta se si utilizza, come sorgente fredda, aria estratta o acqua.
Caratteristiche tipologiche
Le caratteristiche tipologiche dell’edificio influenzano altresì la scelta del tipo di pompa di calore ad esempio:
• in un appartamento vanno valutati gli spazi necessari per l’installazione e l’opportunità di utilizzare sistemi monoblocco o “split”;
• nelle case monofamiliari la pompa di calore può essere installata in cantina o nel locale caldaia. In questo caso, rumore e condensa legati alla pompa di calore, non danno problemi e la vicinanza di una caldaia tradizionale può renderne possibile l’impiego bivalente;
• negli esercizi commerciali quali parrucchieri, cucine di ristoranti, ecc., l’installazione di una pompa di calore ad aria estratta può risultare molto conveniente poiché l’azione di raffreddamento e di deumificazione rende più confortevole l’ambiente di lavoro.
Condizioni di impiego
Anche le condizioni di impiego nei diversi ambienti influenzano la scelta della pompa di calore; ad esempio se l’ambiente è destinato a residenza o ad attività lavorativa sedentaria non rumorosa, è consigliabile la scelta di una pompa di calore del tipo “split”.
Il dimensionamento
Il dimensionamento dell’impianto a pompa di calore richiede un’accurata valutazione dei fabbisogni di calore: una valutazione in eccesso, con sovradimensionamento della pompa di calore, comporta un incremento dei costi di impianto e quindi una riduzione dei vantaggi economici che derivano dal suo impiego. È bene perciò che il dimensionamento venga valutato da un tecnico qualificato.
Climatizzazione
Una pompa di calore a ciclo invertibile ha una capacità di raffrescamento di poco inferiore a quella di riscaldamento, pertanto il dimensionamento dell’impianto di climatizzazione va fatto, in generale, sulle esigenze di raffrescamento.
Riscaldamento degli ambienti
Il fabbisogno di calore dipende dalla localizzazione geografica dell’utenza: particolare attenzione va posta per le pompe di calore che impiegano l’aria quale sorgente esterna, in quanto il calore erogato diminuisce al diminuire della temperatura di questa.
Riscaldamento acqua sanitaria
Il fabbisogno medio giornaliero di acqua calda sanitaria a 45 °C espresso in litri/giorno è uno dei criteri di scelta dello scaldacqua a pompa di calore.
Tale fabbisogno è riportato nella seguente tabella:
NUMERO PERSONE FABBISOGNO MEDIO ACQUA CALDA A 45°C litri/giorno
1-2 70-140
3-5 190-270
6-8 310-370
La manutenzione
Alcuni interventi di ordinaria manutenzione sono indispensabili per il buon funzionamento della pompa di calore. Possono essere effettuati direttamente dall’utente ad intervalli regolari di tempo:
• la pulizia dell’evaporatore e del condensatore
• la pulizia dei filtri
• la pulizia del tubo di scarico della condensa,
come consigliato dai libretti di istruzioni allegati alla pompa di calore. È viceversa necessario rivolgersi ad un tecnico specializzato o all’assistenza, qualora si riscontri un malfunzionamento della macchina.
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