La pompa di calore per efficientare le nostre abitazioni

La pompa di calore (Pdc) è una macchina termica in grado di forzare il flusso di calore da una regione più fredda ad una più calda. Senza l’ausilio di un’apposita macchina si avrebbe il naturale trasferimento di calore dal “serbatoio” a temperatura maggiore verso quello più freddo. Ciò corrisponde al secondo principio della termodinamica, enunciato nel 1854 da Rudolf Clausius, che non entra in contrasto con il funzionamento della Pdc. Infatti, quest’ultima sfrutta energia in ingresso (ad esempio elettrica) per forzare il naturale flusso del calore.

Pompe di calore aria-acqua e gli altri modelli

Il principio descritto nelle righe precedenti oggi, trova larga applicazione nella climatizzazione degli ambienti. Durante l’inverno, per riscaldare, utilizzando il calore presente all’esterno e in estate, per raffrescare, asportando il calore dagli ambienti interni verso l’esterno. Le pompe di calore sono impiegate anche per produrre acqua calda sanitaria (Acs) e possono essere classificate sulla base delle sorgenti fredde e calde sfruttate in pompe di calore:

• aria – aria, che trasferisce energia termica tra l’aria interna e l’aria esterna della casa, sia per riscaldare che per raffrescare;
• acqua – acqua, che si utilizza come sorgente esterna l’acqua di falda sia per la climatizzazione sia per la produzione di acqua per usi sanitari;
• geotermica, che sfrutta come serbatoio esterno il sottosuolo che mantiene una temperatura costante durante tutto l’anno;
• aria -acqua, che è impiegata per riscaldare/raffrescare e anche per produrre acqua calda sanitaria. È integrabile anche con le caldaie o pannelli solari per riuscire a soddisfare un maggior carico termico.

Il principio di funzionamento

Considerando una pompa di calore a compressione di vapore, una delle più diffuse, si può affermare che abbia il principio di funzionamento simile ad una classica macchina frigorifera. Infatti, sono presenti un compressore, due scambiatori di calore (uno funge da evaporatore e l’altro da condensatore) e una valvola di laminazione. Nelle tubazioni che collegano i dispositivi elencati, scorre un fluido sintetico detto refrigerante, solitamente della famiglia dei Freon, ad esempio R134a. Questi composti chimici che derivano dal metano e dell’etano sono adottati soprattutto per le loro particolari proprietà legate ai cambiamenti di fase.

Nel ciclo rappresentato in figura, il refrigerante compie una serie di trasformazioni di stato scambiando calore con le diverse sorgenti. Attraverso l’evaporatore passa da liquido a gas asportando calore al sistema che si vuole raffreddare (come l’interno di un’abitazione in estate o l’aria esterna in inverno). Il fluido, allo stato gassoso, è compresso innalzando sia pressione che temperatura, rendendolo idoneo per la condensazione che lo riporterà alla fase liquida. Questo processo di scambio di calore corrisponde, ad esempio, al riscaldamento di un ambiente interno in inverno o alla semplice cessione di calore all’esterno in estate. Infine, il fluido di lavoro attraverso una speciale valvola, detta di laminazione, passa in miscela bifase e rientra nell’evaporatore ricominciando il ciclo termodinamico.

Il ruolo della pompa di calore nella transizione energetica

Secondo i dati del Ministero dello Sviluppo Economico (dati 2019) il settore italiano più energivoro è quello degli usi civili. Infatti, questo corrisponde quasi al 38% del totale e nel quale il gas naturale è la fonte di energia maggiormente impiegata. Le pompe di calore possono contribuire alla decarbonizzazione del settore, in particolare se lavorano in combinazione con la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile.

Ad oggi questa tecnologia innovativa eco-friendly richiede costi elevati da sostenere, anche se, solitamente, l’investimento è supportato dal netto risparmio di energia visibile in bolletta.
Questo contribuisce a ridurre il tempo di ritorno sulla spesa iniziale. Inoltre i costi possono essere notevolmente ridotti grazie ai diversi incentivi fiscali che le norme italiane prevedono. Un esempio sono le detrazioni al 65% e, in questo periodo, abbiamo assistito ad uno straordinario incentivo fino al 110% dell’investimento, con il declamato Superbonus.

Le pompe di calore appaiono indispensabili per raggiungere gli obiettivi di transizione energetica soprattutto per il settore degli usi civili. In particolare, perché questa tecnologia è una di quelle che consente un contributo diretto da parte dei cittadini all’emergenza climatica.

Articolo a cura di Federico ORLANDI