Le pompe di calore sono un’innovazione rivoluzionaria nel settore del riscaldamento e della produzione di acqua calda. Questi dispositivi sono progettati per trasferire energia termica da ambienti a basse temperature a sistemi a temperature più elevate, sfruttando le risorse energetiche disponibili nell’aria, nel suolo o nelle acque di falda.
Effetto Joule-Thomson, l’applicazione nelle pompe di calore
“I gas, durante una compressione o durante un’espansione, possono cambiare temperatura senza richiedere l’apporto di energia esterna.”
Questo principio, osservato per la prima volta da James Prescott Joule e William Thomson, guida il funzionamento non solo delle pompe di calore ma anche dei frigoriferi con una distinzione chiave: invece di estrarre calore dall’interno, prelevano il calore dall’ambiente esterno per riscaldare gli spazi interni di una casa.
La pompa di calore sfrutta fonti naturali di calore, il processo coinvolge il fluido refrigerante, il cui ciclo consente di trasferire efficacemente il calore dall’ambiente esterno all’interno dell’edificio. L’ambiente offre risorse caloriche inesauribili, tra cui l’aria, il suolo e le acque di falda, e in alcuni casi anche le acque di superficie come laghi o fiumi. Tuttavia, la temperatura iniziale di queste risorse è troppo bassa per essere utilizzata direttamente nel riscaldamento ambientale o nella produzione di acqua calda.
Qui entra in gioco la pompa di calore per elevare la temperatura del calore ambientale a un livello idoneo al riscaldamento domestico e alla fornitura di acqua calda.
Struttura e componenti
Al centro del funzionamento di una pompa di calore c’è il fluido refrigerante. Questo liquido, con un basso punto di ebollizione, attraversa quattro fasi chiave all’interno del circuito chiuso del sistema:
- Evaporazione: l’energia termica ambientale (dall’aria, dall’acqua o dal suolo) trasferisce calore al fluido refrigerante attraverso uno scambiatore di calore, causando l’evaporazione completa;
- Compressione: il refrigerante, ora gassoso, viene compresso e riscaldato da un compressore elettricamente azionato;
- Condensazione: il fluido refrigerante, ora gassoso e riscaldato, subisce la condensazione e ritorna allo stato liquido;
- Espansione: il fluido refrigerante passa attraverso una valvola di espansione, trasformandosi parzialmente in vapore e raffreddandosi, tornando nuovamente alla sua temperatura originale.
Varianti e applicazioni Pratiche
Nei modelli come acqua glicolata/acqua o acqua/acqua, un circuito trasporta il calore dal terreno o dalle acque di falda alla pompa di calore, utilizzando un liquido composto da acqua arricchita con fluido refrigerante.
Nel caso delle pompe di calore aria/acqua, un ventilatore assicura un costante apporto di calore ambientale al sistema.
Efficienza Invernale e scelte funzionali
L’efficienza invernale delle pompe di calore è influenzata dalla loro struttura. Pompe di calore soluzione salina/acqua e acqua/acqua mostrano fluttuazioni di temperatura minori rispetto a quelle aria/acqua.
Concludendo, le pompe di calore rappresentano una soluzione avanzata e sostenibile per il riscaldamento domestico e la produzione di acqua calda, sfruttando in modo efficiente le risorse naturali per garantire comfort termico e praticità tutto l’anno.
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