Le pompe di calore sono una soluzione di riscaldamento efficiente ed ecologica, ma non è altrettanto risaputo che possono fare molto di più, incluso il raffrescamento. Questa funzione merita un approfondimento per capire come funziona e quali vantaggi offre.
Raffrescamento con Pompa di Calore: Il Principio
Il raffrescamento con una pompa di calore avviene invertendo il funzionamento standard del sistema. A differenza del riscaldamento, l'acqua fredda passa attraverso il sistema di distribuzione, assorbendo l'energia termica (il calore) presente in casa e rilasciandola all'esterno attraverso il ciclo frigo.
Le pompe di calore rientrano in queste nuove soluzioni. È una macchina elettrica che produce riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria, utilizzando energia termica proveniente da fonti rinnovabili esterne (come l’aria, l’acqua e il sottosuolo).
La pompa di calore può essere utilizzata per il raffrescamento, poiché è in grado di trasferire il calore da un fluido più caldo (l’acqua dell’impianto) ad uno più freddo (l’aria esterna), con lo stesso principio base di funzionamento di un frigorifero. Lo stesso meccanismo, la stessa macchina, con procedimento invertito, viene utilizzata, dunque, sia per produrre calore con l’elettricità, sia per raffrescare gli ambienti.
Tipologie di Pompe di Calore e Raffrescamento
Per distinguere le pompe di calore, possiamo partire dalla fonte energetica utilizzata. Ecco le principali tipologie:
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- Pompe di calore aria-aria: Utilizzano l’aria come sorgente termica, sono le più diffuse e conosciute, e la maggior parte dei modelli è reversibile.
- Pompe di calore aria-acqua: Utilizzano l’acqua come fluido di lavoro all'interno degli ambienti, svolgendo le funzioni di caldaia e condizionatore.
- Pompe di calore geotermiche: Estraggono calore dal sottosuolo, risultando più efficienti a lungo termine, anche se più complesse da installare.
Come funziona una pompa di calore aria-acqua?
La cosa più semplice per comprendere il funzionamento di una pompa di calore aria-acqua è pensare al frigorifero. Infatti, la pompa di calore impiega l’aria esterna che trasferisce il calore da un fluido più freddo (l’aria esterna appunto) ad uno più caldo, ovvero l’acqua dell’impianto di riscaldamento e sanitario.
All’interno di tubazioni in rame, scorre a circuito chiuso un fluido refrigerante. Questo processo avviene mediante un particolare fluido refrigerante, il cui cambiamento di stato comporta l’acquisizione o la cessione di calore.
- L’evaporazione: il calore della sorgente fredda è trasmesso al fluido refrigerante, che passa completamente allo stato gassoso.
- La condensazione: il fluido refrigerante, transitando attraverso il condensatore (che è uno scambiatore di calore), cede calore all’aria o acqua da riscaldare.
Sistemi di Distribuzione Interna per il Raffrescamento
Avendo a disposizione acqua calda o acqua fredda per condizionare l'aria, il problema è quale impianto di distribuzione interna utilizzare per poter ottenere i diversi risultati stagionali. Ecco le soluzioni più comuni:
Raffrescamento con Pavimento Radiante
Il sistema radiante a pavimento rappresenta una soluzione moderna ed efficiente per la gestione della temperatura degli ambienti interni. Questo tipo di impianto si basa sull'installazione di una rete di tubi sotto il pavimento, attraverso i quali può circolare acqua calda o fredda. Nei mesi estivi, facendo circolare acqua fredda nei tubi, il pavimento assorbe il calore dall'ambiente, contribuendo a ridurre la temperatura interna. Questo sistema può abbassare la temperatura dell'ambiente fino a 3°C, offrendo un sollievo significativo durante le giornate più calde.
Uno dei principali vantaggi del raffreddamento tramite impianto a pavimento è la sua silenziosità. A differenza dei tradizionali sistemi di climatizzazione, che possono emettere rumori fastidiosi, il sistema radiante opera in modo quasi impercettibile. Inoltre, non genera correnti d'aria, evitando così la sensazione di disagio che spesso accompagna l'uso di ventilatori o condizionatori.
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Raffrescamento con Ventilconvettori
Il ventilconvettore, noto anche come fan coil, è una tipologia di condizionatore d'aria. È formato da due componenti: uno scambiatore di calore, che trasmette l'energia termica, e un ventilatore. La funzione principale dello scambiatore è quella di trasferire l'energia termica tra acqua e aria. Nel contesto del raffreddamento, l'acqua fredda viene fatta circolare attraverso lo scambiatore di calore. Questa acqua fredda può provenire da un sistema centralizzato, come una caldaia o una pompa di calore, che utilizza un refrigerante per abbassare la temperatura dell'acqua.
Il ventilatore, invece, è responsabile della distribuzione dell'aria nell'ambiente. Una volta che questa passa attraverso lo scambiatore e viene raffreddata, il ventilatore la spinge nella stanza, contribuendo a un abbassamento rapido e uniforme della temperatura. Il flusso generato assicura che l'aria fredda venga distribuita in modo omogeneo, evitando zone di aria stagnante e garantendo un comfort termico ottimale.
Uno dei principali vantaggi del ventilconvettore rispetto ad altri sistemi di climatizzazione è la sua capacità di raffreddare l'ambiente in modo rapido ed efficiente. Mentre il pavimento radiante si basa sulla conduzione e irraggiamento del calore, il ventilconvettore utilizza la convezione forzata, che accelera il processo. Inoltre, questo sistema ha la capacità di deumidificare l'aria, migliorando ulteriormente il comfort percepito.
La soluzione più utilizzata in questi casi è un impianto a fancoil. Non è possibile, invece, raffrescare se l'impianto è dotato di soli radiatori tradizionali.
Raffrescamento Passivo con Pompa di Calore
Per il raffrescamento passivo è necessario combinare un sistema di riscaldamento a pavimento con una pompa di calora acqua glicolica/acqua oppure acqua-acqua. In questo modo il calore dell'ambiente da rinfrescare viene trasferito alla soluzione salina (circa 8°C) o all'acqua di falda (10°C-12°C), mentre la pompa di calore non è completamente attiva consentendo di risparmiare elettricità.
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Pompe di Calore: Monoblocco o Splittate?
Le pompe di calore idroniche inverter si possono distinguere in Monoblocco e Splittate. È split la pompa di calore composta da due unità costruite per lavorare insieme: una, motocondensante, va posizionata all’esterno, l’altra all’interno. L'unità interna funge da serbatoio di accumulo sanitario con posizionamento a pavimento. Il collegamento tra unità esterna e quella interna avviene tramite gas refrigerante.
La risposta è dipende. Vantaggi e svantaggi di un tipo o dell'altro vanno messi in relazione alle caratteristiche di impianto in cui dovranno inserirsi.
Considerazioni sull'Efficienza e i Costi
Le pompe di calore ad aria presentano rendimenti (espressi dal coefficiente di prestazione COP) inferiori rispetto alle pompe di calore che utilizzano altre sorgenti, come il terreno o l'acqua. Si è gia visto come temperature invernali molto rigide influiscano negativamente sulle prestazioni delle pompe ad aria.
Le pompe di calore ad aria presentano rendimenti inferiori rispetto alle pompe di calore che utilizzano altre sorgenti, come il terreno o l'acqua. Queste macchine, che sono le più diffuse e conosciute, utilizzano l’aria come sorgente termica.
Tuttavia, l’alta efficienza delle pompe di calore richiede una quantità di elettricità contenuta, con la possibilità di diminuire i costi energetici fino al 30-40% in confronto a un impianto tradizionale.
In genere le pompe di calore includono la funzione di raffrescamento quindi non devono essere adattate. Tuttavia, in alcune circostanze potrebbero essere necessari ventilconvettori aggiuntivi. Se si raffredda attivamente con la pompa di calore, si dovranno sostenere costi energetici più elevati a causa del consumo di elettricità.
Integrazione con Impianto Fotovoltaico
Una buona opzione per ridurre i costi operativi associati al raffreddamento attivo è la combinazione con un impianto fotovoltaico. La singola pompa di calore o la cascata di pompe di calore (più unità collegate tra loro in impianti commerciali e industriali) e i sistemi ibridi possono, a loro volta, essere connessi ad un sistema fotovoltaico per massimizzare l’apporto dell’energia gratuita e pulita (proveniente, in questo, caso dal sole).
Non c’è una combustione, ma si impiega corrente elettrica per far funzionare il compressore e questa corrente elettrica può appunto essere a sua volta prodotta sfruttando una fonte rinnovabile. Diventa chiaro, di conseguenza, che la sostenibilità della pompa di calore dipende anche dal modo in cui viene prodotta l’energia elettrica che consuma.
Tecnologia Inverter
Un altro termine molto utilizzato quando si parla delle caratteristiche e delle modalità di funzionamento di una pompa di calore è “inverter”. La tecnologia inverter compensa la minore resa termica alle basse temperature, aumentando la velocità di rotazione del compressore. Inversamente, quando la temperatura dell’aria esterna aumenta, il sistema inverter della pompa di calore modula la frequenza, adeguando la potenza erogata al fabbisogno termico richiesto e diminuendo drasticamente i consumi elettrici.
Pompe di calore e temperature sotto zero
Quando si tratta di riscaldamento domestico in condizioni climatiche rigide, una delle domande più frequenti è: la pompa di calore funziona sotto zero? Questa interrogazione è particolarmente rilevante in regioni dove le temperature invernali possono scendere ben al di sotto dello zero. In questo articolo esploreremo come le pompe di calore si comportano in queste condizioni estreme e quali sono le opzioni migliori per garantire un riscaldamento efficace anche nei giorni più freddi.
Esistono notevoli differenze tra i modelli di pompe di calore in termini di tolleranza al freddo. I modelli standard, dotati di fluidi frigoriferi tradizionali, tendono a mostrare una perdita di rendimento significativo quando la temperatura esterna scende sotto zero. In contrasto, le pompe di calore progettate per climi estremi possono mantenere un funzionamento accettabile anche a temperature molto basse, grazie a fluidi frigoriferi più performanti e tecnologie avanzate.
Quando le temperature esterne scendono sotto zero, il rendimento della pompa di calore può calare drasticamente. Questo accade perché il fluido frigorifero all’interno del sistema diventa meno efficace nel trasferire calore a causa della bassa temperatura. Di conseguenza, il sistema potrebbe dover utilizzare una resistenza elettrica di emergenza per garantire un riscaldamento sufficiente, aumentando i costi operativi.
Durante il funzionamento, l’umidità presente nell’aria può condensare e congelarsi sulla batteria alettata esterna della pompa di calore. I cicli di sbrinamento comportano l’inversione temporanea del ciclo di funzionamento della pompa di calore. Questo processo può durare diversi minuti e, durante questo intervallo, la pompa di calore smette di riscaldare la casa.
Impianti bivalenti
Per installazioni in località che hanno inverni rigidi, è opportuno prevedere l’integrazione tra la pompa di calore e un sistema ausiliario di riscaldamento. Un’altra soluzione per affrontare le temperature sotto zero è l’uso di sistemi ibridi. In condizioni di temperatura esterna moderata, la pompa di calore si occupa della maggior parte del riscaldamento, offrendo un’efficienza energetica ottimale.
Le pompe di calore a gas presentano vantaggi significativi rispetto ai modelli elettrici quando si tratta di funzionare in condizioni sotto zero. A differenza delle pompe di calore elettriche, che possono avere difficoltà a mantenere prestazioni elevate con il calo delle temperature, le pompe di calore a gas sono equipaggiate con un bruciatore interno.