Pompa di Calore ad Assorbimento Aria-Acqua: Funzionamento e Caratteristiche

La pompa di calore è un impianto termico che permette di riscaldare e raffrescare gli ambienti di una qualsiasi struttura, oltre a produrre l’acqua calda sanitaria necessaria al fabbisogno giornaliero, attraverso il trasferimento di energia da un ambiente a bassa temperatura a un sistema a temperatura più elevata. Rispetto a molti altri impianti tecnologici, essa contribuisce alla riduzione dei consumi energetici ed alla sostenibilità ambientale, con un conseguente risparmio economico in bolletta, grazie anche ai numerosi incentivi statali ed agevolazioni.

In base al tipo di funzionamento e alla tipologia di alimentazione, sul mercato esistono differenti tipologie di pompe di calore:

• Pompe di calore a compressione elettrica
• Pompe di calore a compressione endotermica
• Pompe di calore ad assorbimento

In questo articolo vedremo nel dettaglio il funzionamento delle pompe di calore ad assorbimento, per cercare di comprendere le sue caratteristiche tecniche ed in cosa si differenzia rispetto alle altre. Le pompe di calore ad assorbimento sono dispositivi che sfruttano il principio termodinamico dell’assorbimento per trasferire calore da una sorgente a bassa temperatura a una sorgente a temperatura più elevata. A differenza delle pompe di calore tradizionali che utilizzano compressori meccanici, le pompe di calore ad assorbimento si basano su reazioni chimiche o fisiche per ottenere il loro effetto di riscaldamento o raffreddamento.

Il Funzionamento di una Pompa di Calore ad Assorbimento

Il funzionamento di una pompa di calore ad assorbimento AHP (Absorption Heat Pump), che può essere alimentata da qualsiasi sorgente termica, si basa su due sostanze, una refrigerante ed una assorbente. Queste due sostanze, combinate insieme, danno vita ad un ciclo il cui lavoro meccanico è all’incirca pari all’1% dell’energia termica introdotta nel generatore.

Analizziamo nel dettaglio tutte le fasi del ciclo di una pompa di calore ad assorbimento:

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1. Tutto ha origine da un generatore, la fonte energetica primaria che aumenta la temperatura della soluzione refrigerante-assorbente. Con l’aumento della temperatura della soluzione i due componenti si separano ed il refrigerante evapora lungo la colonna di distillazione.
2. Il vapore del fluido refrigerante passa poi attraverso il rettificatore, dove si separa dall’eventuale residuo d’acqua ed entra nello scambiatore di calore che di consueto è a fascio tubiero.
3. In questo scambiatore a fascio tubiero avviene la condensazione del fluido refrigerante e quindi la cessione di calore all’acqua dell’impianto (fluido secondario). È proprio in questa fase che avviene il primo effetto utile della macchina, con il riscaldamento di una portata d’acqua.
4. A seguire il refrigerante, uscito dalla sezione di condensazione, passa attraverso una serie di laminazioni ed uno scambiatore di calore tubo in tubo, in cui progressivamente diminuisce di pressione e temperatura, in modo tale da poter arrivare nelle condizioni ideali che permetteranno al fluido di assorbire calore dall’aria esterna.
5. Il refrigerante a contatto con l’aria esterna la raffredda, prelevando calore, e di seguito evapora.
6. Successivamente il refrigerante viene surriscaldato prima nello scambiatore e poi nel pre-assorbitore, dove reagisce con l’acqua, dando origine all’assorbimento vero e proprio.
7. L’assorbimento è una reazione esotermica (viene tolta energia) e quindi se parte di tale energia viene utilizzata per riscaldare la soluzione acqua-refrigerante, la rimanente viene ceduta allo scambiatore di calore a fascio tubiero.
8. In questa fase del ciclo, lo scambiatore funge da assorbitore e consente di cedere al fluido termovettore dell’impianto termico una considerevole quantità d’energia termica che costituisce il secondo effetto utile della macchina.
9. La soluzione acqua-refrigerante, uscita dallo scambiatore, viene inviata dalla pompa della soluzione nuovamente al generatore, passando nuovamente per il pre-assorbitore e il rettificatore dove avviene una fase di pre-riscaldamento attraverso il recupero del calore dal ciclo stesso. Nel generatore ricomincia quindi il ciclo frigorifero appena descritto.

Differenza tra una Pompa di Calore ad Assorbimento ed una a Compressione

La principale differenza tra una pompa di calore ad assorbimento ed una a compressione (elettrica o a gas) risiede nelle fasi di lavoro: una pompa di calore ad assorbimento è priva della fase di compressione, che è totalmente sostituita con due fasi distinte: la generazione e l’assorbimento. Come abbiamo visto precedentemente, la prima fase avviene grazie ad un bruciatore, utilizzato come fonte energetica primaria, la seconda invece tramite un liquido specifico, di solito acqua, denominato assorbente.

Inoltre l’efficienza di una pompa di calore ad assorbimento, che si misura in GUE, Gas Utilization Efficiency, è maggiore di quella di una pompa di calore tradizionale, vediamo insieme i principali due motivi:

• Il GUE, che si origina dal rapporto tra l’energia ceduta all’ambiente e l’energia fornita al bruciatore risulta molto più basso rispetto al COP delle pompe di calore tradizionale. Un GUE si attesta in genere intorno a 1,5, rispetto ad un COP che è di valore intorno a 4.
• Quando la temperatura esterna è molto rigida, una pompa di calore tradizionale non lavora bene perché ci vorrà un lavoro maggiore per trasferire calore dall’esterno all’interno e tra l’altro l’umidità dell’aria fredda tenderà a ghiacciare le alette dell’unità esterna. Ciò non si verifica in una pompa di calore ad assorbimento: il ciclo termodinamico a cui lavora non crea limiti di funzionalità per la macchina anche a temperature esterne basse.

Complessivamente l’alta efficienza di una pompa di calore ad assorbimento si traduce in un prezzo più elevato nel momento dell’acquisto; tuttavia c’è da dire che vi è, senza ombra di dubbio, un ritorno dell’investimento, grazie al risparmio energetico, nel giro di 4/5 anni.

Tipologie di Pompe di Calore ad Assorbimento

Nel mercato degli impianti di climatizzazione comunemente si possono trovare due tipologie di pompe di calore ad assorbimento, quella a fiamma diretta o quella ad alimentazione indiretta.

• Una pompa di calore a fiamma diretta viene alimentata dalla fiamma generata da un combustibile come gas naturale, GPL, biomasse, etc. e viene impiegata soprattutto in quegli ambienti in cui è richiesta una continuità del servizio anche in caso di assenza di alimentazione elettrica.
• Una pompa di calore ad alimentazione indiretta invece ha come sorgente termica un fluido termovettore (acqua calda o surriscaldata, vapori, prodotti di combustione di motori endotermici) che, nel ciclo della macchina viene riutilizzato costantemente.

Incentivi e Normative

C’è da ricordare inoltre che sono molte le Direttive Europee che promuovono l’utilizzo sistemi di climatizzazione e produzione di ACS efficienti dal punto di vista energetico, con verifiche originatesi dallo sviluppo di progettazioni ecocompatibili.

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Le pompe di calore ad assorbimento rappresentano una soluzione promettente per il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici, offrendo vantaggi significativi in termini di efficienza energetica, riduzione delle emissioni e flessibilità nell’uso di fonti di energia rinnovabile.

Pompa di Calore Aria-Acqua: Un Approfondimento

La pompa di calore aria-acqua è un dispositivo che sfrutta l'aria esterna come fonte di calore e l'acqua come mezzo per il trasferimento termico. Questo sistema consente di generare calore per il riscaldamento durante l'inverno e di raffrescare gli ambienti durante l'estate. Il funzionamento della pompa di calore aria-acqua si basa sulla conversione del calore proveniente da una fonte a bassa temperatura, l'aria esterna, in calore ad alta temperatura utilizzabile per scaldare l'acqua presente nel sistema di riscaldamento. Questo processo avviene attraverso l'utilizzo di un compressore, il quale comprime il fluido refrigerante, aumentandone la temperatura e permettendo così il trasferimento di calore all'acqua del circuito di riscaldamento presso il condensatore.

Vantaggi delle Pompe di Calore Aria-Acqua

Essa porta con sé diversi vantaggi rispetto ad altri sistemi di riscaldamento:

• Efficienza: le pompe di calore aria-acqua sono estremamente efficienti dal punto di vista energetico dato che possono produrre da 2 a 4 volte più energia rispetto a quella che consumano. Cosa significa questo? Che il costo dell’energia per riscaldare l’abitazione può essere notevolmente ridotto!
• Versatilità: le pompe di calore aria-acqua possono essere utilizzate in diversi modi, quali il riscaldamento dell’acqua sanitaria e il riscaldamento dell’ambiente. Ciò significa che non avrete più bisogno di uno scaldacqua o di un impianto termico.
• Silenziosità: questa tipologia di pompe di calore non produce troppo rumore e sono amiche dell’ambiente. Sono quindi ideali per l’installazione in zone residenziali.

Svantaggi delle Pompe di Calore Aria-Acqua

Le pompe di calore aria-acqua presentano anche degli svantaggi che è importante considerare prima del loro acquisto:

• Il loro costo iniziale e quello di installazione. Tuttavia, è bene ricordare che questo può essere ammortizzato nel giro di pochi anni grazie al notevole risparmio che si può ottenere in bolletta grazie all’utilizzo di questo strumento.
• Non è molto efficiente con temperature troppo rigide. In questo caso, potrebbe essere necessario utilizzare un sistema di backup per il riscaldamento. Relativamente a questo punto possiamo dire comunque che vivendo in Italia non abbiamo di questi problemi grazie al nostro clima Mediterraneo.
• La manutenzione regolare della pompa di calore aria acqua può portare costi aggiuntivi.

Pompa di Calore Aria-Acqua: Prezzi e Consumi

Il costo complessivo di una pompa di calore aria-acqua nel 2025 varia in genere da 5.000 € a 15.000 €, a seconda della potenza (kW), della marca, degli accessori (puffer, bollitore, kit ACS), della complessità dell’installazione e delle pratiche necessarie. Rispetto alle pompe di calore geotermiche, l’aria-acqua rimane la soluzione più conveniente.

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Non è semplicissimo calcolare il consumo totale di una pompa di calore aria-acqua, perché entrano in gioco diversi fattori: il modello scelto, il fabbisogno termico dell’abitazione, la zona climatica, il tipo di terminali (termosifoni, pavimento radiante, fan-coil), la potenza della macchina e le abitudini d’uso.

Un parametro chiave è lo SCOP (Seasonal Coefficient of Performance), che indica l’efficienza stagionale della pompa di calore. Più lo SCOP è alto, meno energia elettrica serve per produrre la stessa quantità di calore.

La formula semplificata è:

Consumo annuo (kWh elettrici) ≈ Fabbisogno termico (kWh) ÷ SCOP

Esempi pratici:

• Appartamento 80 m² in classe C: fabbisogno annuo: ~6.000 kWh termici, pompa di calore con SCOP 3,2 → consumo elettrico ≈ 1.875 kWh/anno
• Villetta 120 m² in classe D: fabbisogno annuo: ~9.000 kWh termici, pompa di calore con SCOP 3 → consumo elettrico ≈ 3.000 kWh/anno

In generale, installando una pompa di calore ad alta efficienza si può ridurre il fabbisogno di energia del 50-60% rispetto a un impianto tradizionale a gas.

Integrazione con Termosifoni Esistenti

Oltre a sostituire una caldaia tradizionale, le pompe di calore aria-acqua offrono la possibilità di essere integrate con i termosifoni esistenti. Unire una pompa di calore ai termosifoni domestici offre diverse prospettive vantaggiose. Inizialmente, non richiede interventi invasivi se l'impianto preesistente è in loco. Tuttavia, vi sono aspetti chiave da considerare. A differenza delle caldaie tradizionali, l'installazione di una pompa di calore aria-acqua di solito implica un investimento maggiore e necessita di più spazio.

Inoltre, maggiore è la riduzione della temperatura nell'impianto, maggiore sarà l'efficienza energetica delle pompe di calore. Di conseguenza, è fondamentale determinare preventivamente se i termosifoni esistenti nella casa possano coprire il fabbisogno termico con una temperatura di mandata inferiore, nel caso si opti per l'installazione di una pompa di calore per i termosifoni. Se così non fosse, è sempre possibile accoppiare una pompa di calore aria-acqua con una caldaia a condensazione, formando così un cosiddetto sistema ibrido. La caldaia a condensazione andrebbe semplicemente a ricoprire i picchi di fabbisogno termico che la pompa di calore aria- acqua non è in grado di soddisfare, generando complessivamente un risparmio sul consumo di gas.

Pompe di Calore Aria-Acqua Commerciali vs. Professionali

Se nelle tue ricerche ti sei chiesto qual è la differenza tra pompa di calore aria-acqua commerciale e professionale, non sei l’unico. Le pompe di calore commerciali sono le più economiche, ma spesso presentano inefficienze a causa della mancata esperienza delle ditte che le producono. Invece, le pompe di calore professionali sono realizzate da esperti del settore, in grado di soddisfare le esigenze di ogni cliente. Tra le differenze principali di questi due sistemi troviamo sicuramente il luogo di produzione. Solitamente, le pompe di calore commerciali sono prodotte in Cina, sono molto simili a condizionatori e presentano diversi problemi quali una specie di brina che impedisce alla macchina di funzionare.

Integrazione con Impianto Fotovoltaico

L'integrazione tra pompa di calore e impianto fotovoltaico rappresenta una soluzione innovativa e vantaggiosa nel contesto dell'efficienza energetica. Questa sinergia tra le due tecnologie consente di ottimizzare l'uso delle risorse rinnovabili e di massimizzare i benefici ambientali ed economici!

Innanzitutto, l'impiego congiunto di una pompa di calore e di pannelli fotovoltaici consente di sfruttare al meglio l'energia solare per alimentare il sistema di riscaldamento o raffrescamento. Durante le giornate soleggiate, l'elettricità prodotta dai pannelli fotovoltaici può essere direttamente utilizzata per alimentare la pompa di calore, riducendo così la dipendenza da fonti energetiche tradizionali e diminuendo le emissioni di gas serra.

Inoltre, l'integrazione tra questi due sistemi consente di massimizzare l'efficienza complessiva del tuo edificio. La produzione di energia elettrica mediante i pannelli fotovoltaici è sincronizzata con i picchi di domanda, consentendo un utilizzo ottimale dell'energia elettrica prodotta. Ciò riduce i costi operativi complessivi dell'edificio e contribuisce a un maggiore risparmio economico nel lungo periodo.

Tabella Comparativa Pompe di Calore

Tipo di Pompa di Calore	Fonte di Calore	Mezzo di Trasferimento del Calore	Vantaggi	Svantaggi
Aria-Acqua	Aria esterna	Acqua	Efficiente, versatile, silenziosa	Costo iniziale, efficienza ridotta a temperature molto basse
Acqua-Acqua	Acqua di falda	Acqua	Alta efficienza, potenza termica elevata	Necessita di analisi e autorizzazioni, costi di installazione elevati
Geotermica	Terreno	Acqua o refrigerante	Temperature costanti, elevata efficienza	Costi di installazione elevati, analisi geologica necessaria
Ad Assorbimento	Qualsiasi fonte termica (es. gas, GPL, biomasse)	Acqua	Flessibilità nella fonte di energia, adatta per continuità di servizio	Costo iniziale elevato, efficienza misurata in GUE

Conclusioni

Le pompe di calore rappresentano una soluzione innovativa e sostenibile per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti, sfruttando fonti naturali come aria, acqua e suolo. La loro versatilità le rende ideali per numerosi contesti, ma il loro funzionamento e i vantaggi dipendono da diversi fattori tecnici e ambientali.

È importante sottolineare che una pompa di calore reversibile è in grado anche di raffrescare gli ambienti interni, oltre che a riscaldarli, è quindi la soluzione ideale per poter fornire comfort durante tutto l’anno.

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