Introduzione
La pompa di calore è una macchina termica in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta.
La pompa di calore è costituita da quattro componenti principali: un condensatore (02), una valvola termostatica di laminazione (03), un evaporatore (04) e un compressore (01). I componenti sono collegati attraverso delle tubazioni contenenti un fluido frigorigeno o fluido refrigerante che trasporta il calore. Per aumentare gli scambi termici il condensatore e l’evaporatore vengono dotati di ventilatori (06-05).
Come funziona
In regime estivo si fa passare il fluido attraverso il compressore, che lo convoglia nel condensatore e ne aumenta la pressione, il fluido comprimendosi tende ad aumentare di temperatura. Il condensatore scambia calore con l’esterno e il fluido diventa liquido (nell’unità esterna). Una volta diventato liquido passa attraverso una valvola di laminazione. La valvola aprendosi permette l’ingresso del fluido nell’evaporatore ed entrando in una zona a bassa pressione ne permette l’espansione. Il fluido si raffredda e nello scambio termico sottrae calore all’ambiente in cui è installata (interno dell’edificio nello split o nel fan coil). A questo punto il fluido, allo stato di gas e ricco di calor,e viene di nuovo convogliato al compressore da cui riprende il ciclo. Il ciclo appena descritto è detto ciclo frigorifero e serve non, come alcuni credono, per produrre freddo, ma per sottrarre calore dagli ambienti interni per spostarlo all’esterno.
Il ciclo mantenendo gli stessi componenti può essere invertito (vedi figura sotto tratta dal libro “efficienza energetica degli impianti tecnologici“). In questo caso parliamo di ciclo termodinamico a pompa di calore. In questo ciclo, il condensatore dovrebbe essere inserito nell’ambiente interno e l’evaporatore nell’ esterno. L’evaporatore, raffreddandosi, sottrae calore dall’ambiente esterno, invia il fluido al compressore che comprimendosi aumenta di temperatura. Il fluido caldo entra nel condensatore e scambia calore con l’ambiente confinato da riscaldare, fino a divenire allo stato liquido, a questo punto si apre la valvola di laminazione che permette l’ espansione del fluido che viene aspirato dalla zona a maggior pressione (condensatore), alla zona a minor pressione (evaporatore), raffreddandosi e ritornando allo stato di gas. Da qui riprende il ciclo dall’inizio.
Inversione del ciclo
Inserire il condensatore fuori in estate e all’interno in inverno e viceversa per l’evaporatore sarebbe estremamente oneroso dal punto di vista dell’installazione. Per permettere l’inversione del ciclo in maniera agevole, è stata inventata una valvola a quattro vie. Essa permette al fluido di percorrere le tubazioni in senso inverso a seconda della stagione, e consente di utilizzare tanto l’unità interna quanto l’unità esterna di una pompa di calore sia come condensatore che come evaporatore . Oltre alla valvola di cui sopra, completano la dotazione per l’inversione di ciclo, una valvola deviatriace a tre vie e una seconda valvola di laminazione (le valvole di laminazione sono unidirezionali) secondo lo schema :
Tipi di pompe di calore
La pompa di calore appena descritta è di tipo elettrico. L’applicazione ideale per questo tipo di generatore sarebbe la casa senza gas. Le pompe di calore inoltre posso essere catalogate come aria-aria, aria-acqua, acqua-acqua a seconda della sorgente di calore da cui si estrae il calore ( chiamata sorgente fredda) e del tipo di fluido che viene riscaldato (chiamato pozzo caldo).