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Pompe di calore a confronto - Tipologia e applicazione


La sorgente fredda (dalla quale si recupera calore)

Il mezzo esterno da cui si estrae calore è detto sorgente fredda. Nella pompa di calore il fluido frigorigeno assorbe calore dalla sorgente fredda tramite l'evaporatore.

Le principali sorgenti fredde sono:
  • l'ARIA: esterna al locale da riscaldare, tipicamente l'aria dell'ambiente esterno.
  • l'ACQUA: di falda, di fiume, di lago quando questa è presente in prossimità dei locali da riscaldare e a ridotta profondità; altre sorgenti possono essere costituite da acqua accumulata in serbatoi e riscaldata dalla radiazione solare.
  • il TERRENO, nel quale vengono inserite a profondità variabile delle specifiche tubazioni relative all'evaporatore (tubazioni chiamate sonde geotermiche).

Il pozzo caldo (al quale si cede il calore prodotto e recuperato)


L'aria o l'acqua da riscaldare sono detti pozzo caldo.
 
Pompa di calore ad assorbimento a gas Pompa di calore elettrica
Nel condensatore il fluido frigorigeno cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente fredda che l'energia fornita dal bruciatore.
un assorbitore
Nel condensatore il fluido frigorigeno cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente fredda che l'energia fornita dal compressore.

Il calore può essere ceduto all'ambiente attraverso:
  • ventilconvettori, costituiti da armadietti nei quali l'aria viene fatta circolare attraverso corpi scaldanti. Questi possono essere del tipo a parete, a soffitto oppure ad incasso;
  • serpentine inserite nel pavimento, nelle quali circola acqua calda. Il riscaldamento avviene prevalentemente per radiazione e richiede una temperatura dell'acqua più bassa;
  • canalizzazioni, che trasferiscono direttamente il calore prodotto dalla pompa di calore ai diversi locali, per mezzo di opportuni canali d'aria e bocchette di diffusione.

Le tipologie di pompe di calore


Le pompe di calore di distinguono in base alla sorgente fredda e al pozzo che utilizzano.
In funzione del fluido utilizzato per il trasferimento del calore della sorgente fredda alla pompa di calore e da questa al pozzo caldo ci possono essere 4 tipologie:
 
Sorgente fredda   Pozzo caldo
ARIA ARIA-ACQUA la pompa di calore preleva calore dalla sorgente fredda costituita dall'aria (esterna) e la cede al pozzo caldo costituito da un circuito d'acqua (di riscaldamento degli ambienti). ACQUA
ARIA ARIA-ARIA la pompa di calore preleva calore dalla sorgente fredda costituita dall'aria (esterna) e lo cede al pozzo caldo costituito ancora da aria (quella dell'ambiente riscaldato). ARIA
ACQUA ACQUA-ACQUA la pompa di calore preleva calore dalla sorgente fredda costituita da acqua (di lago, fiume o falda) e la cede al pozzo caldo costituito da un circuito d'acqua (di riscaldamento degli ambienti). ACQUA
ACQUA ACQUA-ARIA la pompa di calore preleva calore dalla sorgente fredda costituita da acqua (di lago, fiume o falda) e la cede al pozzo caldo costituito da aria (quella dell'ambiente riscaldato). ARIA
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.
 
 
Pompa di calore ad assorbimento a gas Pompa di calore elettrica
Nel caso si utilizzi l'aria esterna, è necessario (interno a 0°C) un sistema di sbrinamento, che si inserisce automaticamente. La potenza termica erogata nel periodo di sbrinamento (che dura pochi minuti) diminuisce, ma non cessa completamente. Nel caso si utilizzi l'aria esterna, è necessario (intorno a 0°C), un sistema di sbrinamento che comporta un ulteriore consumo di energia. Durante questa fase la pompa di calore utilizza il calore dal pozzo caldo per sbrinare la batteria e quindi il riscaldamento cessa per alcuni minuti.


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 dell'acqua e al suo trattamento.
 


Il TERRENO, come sorgente fredda ha il vantaggio di subire minori sbalzi di temperatura rispetto all'aria ed il suo calore viene assorbito per mezzo di sonde geotermiche, costituite da speciali tubazioni.
 


Le tubazioni orizzontali vanno interrate ad una profondità da 1 a 1,5 metri per non risentire troppo delle variazioni di temperatura dell'aria esterna e mantenere i benefici effetti dell'insolazione.
 
Pompa di calore ad assorbimento a gas Pompa di calore elettrica
È necessaria una estensione di terreno da 1,5 a 2 volte superiore della superficie da riscaldare. Si tratta di una soluzione che necessita una maggiore complessità dell'impianto. 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 tubazioni verticali possono invece raggiungere diverse decine di metri in profondità. Non occupano spazi in orizzontale, ma richiedono la trivellazione di appositi pozzi profondi.
 
Pompa di calore ad assorbimento a gas Pompa di calore elettrica
La lunghezza delle tubazioni dipende dal tipo di terreno esistente (mediamente da 4 a 12 m per ogni kW di energia termica fornita al pozzo caldo). La lunghezza delle tubazioni dipende dal tipo di terreno esistente (mediamente da 7 a 20 m per ogni kW di energia termica fornita al pozzo caldo).

Applicazioni della pompa di calore


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 industriale, in alternativa ai sistemi convenzionali composti da refrigeratore più caldaia. La stessa macchina infatti, mediante una semplice valvola di inversione, è in grado di scambiare tra loro le funzioni dell'evaporatore e del condensatore, fornendo così calore in inverno e freddo in estate (tipo reversibile).
L'applicazione della pompa di calore nella climatizzazione ambientale (riscaldamento+raffrescamento) è la più conveniente poiché comporta un minor tempo di ammortamento del costo d'impianto grazie ai maggiori risparmi sul costo dell'energia.

Riscaldamento degli ambienti
La pompa di calore può essere utilizzata anche per la sola produzione di calore per il riscaldamento degli ambienti. L'utilizzo delle pompe di calore in alcune Regioni è oggi addirittura consigliato in quanto sono apparecchiature che, come detto, utilizzano energie rinnovabili e quindi sono più ecologiche dei sistemi di riscaldamento tradizionali.

Per il riscaldamento degli ambienti gli impianti possono essere di tipo:
  • monovalente
  • bivalente


Pompa di calore ad assorbimento a gas Pompa di calore elettrica
Si utilizza normalmente la sola configurazione monovalente in quanto la pompa di calore è in grado di coprire il fabbisogno termico necessario al riscaldamento anche quando viene utilizzata l'aria come sorgente fredda. Infatti la pompa di calore fornisce calore fino a temperature dell'aria di -20°C (20 gradi sotto zero) senza l'ausilio di altri sistemi. - 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 agli 0°C.
- In caso contrario si deve realizzare un sistema bivalente, costituito dalla pompa di calore e da un sistema di riscaldamento ausiliario (cioè µna caldaia tradizionale) che copra il fabbisogno termico quando la temperatura dell'aria scende solo al di sotto di 0°C.
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