In molte parti del mondo, il freddo può rappresentare una sfida significativa per i veicoli elettrici, influenzando negativamente l'autonomia della batteria. Negli ultimi anni, una tecnologia ha contribuito a mitigare questi problemi: le pompe di calore.
Come Funzionano le Pompe di Calore nelle Auto Elettriche
Oggi, le pompe di calore sono presenti in molti dei nuovi veicoli elettrici. Le Tesla sono dotate di una tecnologia proprietaria dal 2021. L'I-Pace di Jaguar ne ha una integrata, così come i modelli dell'ultima serie i di Bmw, la Ioniq 5 di Hyundai, il nuovissimo e-Tron di Audi e la nuova ammiraglia elettrica di Kia, l'EV9.
Le pompe di calore trasferiscono il calore dall'esterno dell'auto per mantenere i passeggeri al caldo, evitando di sottrarre troppa energia alla batteria. Questi dispositivi possono portare aria calda all'interno dell'auto anche se fuori si gela, seppur con risultati non sempre costanti.
Le pompe di calore sono efficienti perché trasferiscono il calore da fonti già esistenti invece di crearlo. In una casa, una caldaia brucia gas che contribuisce ad aumentare il riscaldamento del pianeta per generare nuovo calore che viene poi soffiato all'interno della struttura. Una pompa di calore, invece, estrae il calore dall’aria esterna e lo immette all’interno.
Lo stesso principio vale per le pompe di calore delle auto elettriche. Con una pompa di calore, il veicolo può però estrarre il calore dall’aria esterna anche quanto il freddo è pungente, in modo da riscaldare l’abitacolo e persino la batteria aumentando l’efficienza.
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Un’auto con un motore a combustione interna brucia benzina per alimentare il veicolo, ma così facendo produce anche una grande quantità di calore di scarto che viene poi pompato nell’abitacolo. Secondo i dati federali statunitensi, i veicoli elettrici sono molto più efficienti: più di tre quarti della loro elettricità viene utilizzata per muovere le ruote. Questo però significa anche che c’è minore dispersione di calore per riscaldare i passeggeri.
Nelle vecchie generazioni di auto elettriche normalmente il riscaldamento si basava su un sistema a resistenza elettrica, concettualmente simile a quello che fa funzionare un bollitore elettrico o una stufa da parete. Ma i recenti progressi della tecnologia nel settore - dai compressori a velocità variabile ai sistemi di refrigerazione più sofisticati - hanno aumentato sensibilmente l'efficienza della nuova generazione di pompe di calore, che ora sono in grado di riscaldare una casa o un veicolo elettrico anche quando l’aria esterna è gelida.
Anche se non ci sono molte ricerche in questo ambito, alcuni studi suggeriscono che le pompe di calore possono aiutare i veicoli elettrici a recuperare tra il 3 e il 15% dell’autonomia persa quando fa freddo, fino a un massimo di circa 80 chilometri.
Vantaggi delle Pompe di Calore
- Efficienza energetica: Le pompe di calore trasferiscono il calore esistente invece di generarlo, riducendo il consumo di energia.
- Aumento dell'autonomia: Possono recuperare tra il 3 e il 15% dell'autonomia persa a causa del freddo.
- Versatilità: Possono riscaldare l'abitacolo e persino la batteria, migliorando l'efficienza complessiva.
Svantaggi delle Pompe di Calore
Nonostante i miglioramenti, il freddo intenso continua però a non essere amico delle pompe di calore. "L'efficienza diminuisce se si raggiungono temperature molto basse", spiega Jan Rosenow del Regulatory Assistance Project, una ong che si occupa di politiche energetiche. Ma rispetto al sistema a resistenza, “la pompa di calore riduce il fabbisogno di energia per il riscaldamento in modo abbastanza significativo, forse di due terzi circa, a seconda della temperatura esterna e dell’efficienza”, continua Rosenow.
- Costo Iniziale: Il costo iniziale delle pompe di calore è un fattore da non sottovalutare, superiore a quello di una caldaia tradizionale.
- Efficienza a Basse Temperature: In condizioni di freddo estremo, l'efficienza della pompa di calore diminuisce.
- Rumore: Il rumore generato dalla pompa di calore può essere un aspetto negativo.
Ulteriori Accorgimenti per Mantenere l'Efficienza delle Batterie
In generale, ci sono alcuni accorgimenti che i proprietari di veicoli elettrici possono adottare per mantenere l'efficienza delle batterie anche nei periodi di freddo più intensi. Chi ha accesso a un caricabatterie a casa, al lavoro o a scuola, dovrebbe collegare la propria auto alla corrente ogni volta che è possibile per mantenere la batteria in condizioni migliori, oltre che per ricaricarla più velocemente.
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Ma è bene anche informarsi sulle funzioni di ricarica del proprio modello: molte auto sono infatti dotate di una modalità di “precondizionamento”, che aiuta a preparare la batteria per la carica in modo che il veicolo possa iniziare ad aspirare elettricità in modo più efficiente una volta collegato a un caricabatterie.
Incentivi e Obiettivi Europei
Si tratta di una soluzione che il mercato ricerca sempre di più proprio per la sua efficienza energetica e sostenibilità, in un momento storico in cui il risparmio di energia diventa fondamentale. Del resto, gli obiettivi europei per lo sviluppo sostenibile e l’efficienza energetica prevedono di ridurre le emissioni di gas a effetto serra di almeno il 55% entro il 2030 rispetto ai livelli del 1990, in modo che l’Europa possa diventare il primo continente a impatto climatico zero entro il 2050.
Le pompe di calore permettono infatti un risparmio anche del 40% delle spese in bolletta e grazie in particolare al Superbonus, che ne ha ridotto in maniera notevole l’impatto del costo di acquisto e installazione, negli anni scorsi c’è stato un vero boom.
Integrazione con Impianti Fotovoltaici
L’abbinamento tra pompe di calore e impianti fotovoltaici offre numerosi vantaggi, rendendo il sistema energetico domestico più efficiente e sostenibile. Utilizzare l’energia solare prodotta dall’impianto fotovoltaico per alimentare le pompe di calore permette di ottimizzare l’energia autoprodotta, riducendo la dipendenza dalla rete elettrica e abbassando significativamente i costi in bolletta.
Tipologie di Pompe di Calore
Le pompe di calore si classificano in base al fluido coinvolto nello scambio termico:
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- PdC aria-acqua: Adatta sia per il riscaldamento che per il raffrescamento.
- PdC aria-aria: Utilizza l’aria come sorgente sia fredda che calda, comune nei condizionatori.
- PdC acqua-acqua: Utilizza l’acqua sia come sorgente fredda che come sorgente calda.
- PdC terra-acqua (o geotermica): Sfrutta il calore naturale del terreno per riscaldare l’acqua.
Pompa di Calore Ibrida
Si tratta di soluzioni eco-friendly come la cosiddetta pompa di calore ibrida, che va ad unire due diversi tipi di impianti. La pompa di calore ibrida è un sistema per il riscaldamento composto da due diversi elementi: una caldaia a condensazione alimentata a gas metano o GPL, che in questo caso fa da unità interna, e appunto una pompa di calore, che invece rappresenta l'unità esterna alimentata dall'energia elettrica.
Un impianto ibrido di questo tipo va di conseguenza ad impiegare diverse fonti energetiche, con l'obiettivo di ridurre i consumi di gas e elettricità e le immissioni di CO2 nell'ambiente esterno, nocive per l'atmosfera del nostro pianeta. Generalmente un sistema con pompa di calore ibrida offre la possibilità di collegarsi facilmente ad un impianto di riscaldamento già presente, semplicemente sostituendo la vecchia caldaia e senza intervenire sui radiatori.
All'atto pratico, un meccanismo di controllo intelligente in dotazione decide quale sia il regime d'uso più conveniente basandosi su determinati parametri oggettivi, come possono essere ad esempio la temperatura esterna e quella indoor.
Consumo Elettrico e Fattori Influenzanti
Il consumo elettrico di una comune pompa di calore è strettamente legato alla potenza assorbita, che varia in base al modello e al fabbisogno termico. Altre componenti che incidono sui consumi includono:
- Pompa di circolazione
- Elettronica di controllo
- Compressore
Per calcolare il consumo giornaliero, si può utilizzare un wattmetro per misurare i kWh assorbiti dall'apparecchio.
Il Precondizionamento della Batteria
Il precondizionamento consiste essenzialmente nel riscaldare il pacco batteria fino a raggiungere una temperatura operativa adeguata. Questa funzionalità può richiedere dai 15 ai 20 minuti per i primi veicoli elettrici e la metà per i modelli più recenti. Se il pacco batteria non è abbastanza caldo, il conducente può trovarsi di fronte a varie situazioni restrittive: ridotta potenza di frenata rigenerativa, minore potenza del motore o tempi di ricarica più lunghi nelle stazioni Fast e Ultra-fast.
È anche possibile pre-condizionare l’abitacolo di un veicolo, sempre tramite l’app di un produttore. È consigliabile eseguire questa operazione ad auto in carica per evitare di consumare il pacco batteria, poiché l’abitacolo sarà già caldo quando si sale in auto.
Pompe di Calore: Pro e Contro
Installare una pompa di calore è una scelta vincente quando l’obiettivo è quello di favorire l’efficienza energetica di un edificio, riducendo i consumi, e di aumentare la sua sostenibilità. Chiaramente è consigliabile investire in questa direzione e installare una pompa di calore in combinazione con una serie di altri interventi sull’edificio.
Se l’involucro non è isolato, gli infissi non sono performanti e l’impianto di distribuzione è vecchio e inefficiente, si rischia di vanificare l’investimento.
Considerazioni Finali
Optare per un'auto elettrica dotata di pompa di calore rappresenta una scelta strategica per chi desidera ottimizzare l'esperienza di guida elettrica, specialmente in aree geografiche caratterizzate da inverni rigidi. Questa tecnologia, insieme a una corretta gestionee manutenzione del veicolo, può contribuire significativamente a migliorare l'efficienza energetica e l'autonomia della batteria.
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