Le pompe di calore sono macchine termiche che trasferiscono energia termica da un mezzo all’altro con l’ausilio di un fluido refrigerante. Sono ampiamente utilizzate in ambito domestico, soprattutto all’interno degli impianti di climatizzazione per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti interni, oltre che per la produzione di acqua calda sanitaria. Ne esistono di vari tipi, che si differenziano per il principio di funzionamento; rappresentano una valida alternativa, specie dal punto di vista dell’efficienza energetica, a sistemi più tradizionali come, ad esempio, le caldaie a condensazione.
Cos’è (e come funziona) una pompa di calore aria – aria.
Tutte le pompe di calore lavorano secondo il medesimo principio: attingono il calore da un mezzo o un corpo denominato “sorgente fredda” e lo cedono ad un altro, detto “pozzo caldo”. I sistemi “aria – aria” sono i più diffusi, assieme a quelli “aria – acqua” mentre le pompe di calore geotermiche (“terra – acqua”) sono meno comuni per le applicazioni residenziali.
In linea generale, una pompa di calore aria – aria lavora in maniera molto simile a un frigorifero: implementa un ciclo frigorifero (o frigorigeno) diretto o inverso, a seconda se l’impianto è impostato per il riscaldamento o il raffrescamento. In altre parole, assorbe il calore dall’ambiente interno per cederlo all’esterno o viceversa; la pompa di calore utilizza un circuito, contenente un fluido refrigerante, una sostanza che funge da vettore termico in quanto consente lo scambio termico tra un corpo più caldo e uno più freddo grazie a cambiamenti di stato indotti meccanicamente.
Il ciclo frigorifero di una pompa di calore, infatti, si sviluppa in più fasi successive; in ciascuna di esse, il fluido sperimenta diverse variazioni di stato per effetto dell’azione di appositi dispositivi: il compressore, l’evaporatore, lo scambiatore di calore e la valvola di espansione.
Il ciclo frigorifero di una pompa aria – aria.
In contesti domestico residenziali, vengono solitamente installate le pompe di calore aria – aria “a compressione”; ecco come ‘lavorano’ in un impianto di climatizzazione:
- In modalità raffreddamento, il compressore lavora in modo tale da far aumentare la pressione del fluido refrigerante fino a 20 bar. Contestualmente, si verifica anche un incremento della temperatura, con il fluido che raggiunge gli 80° circa. Il gas viene quindi convogliato verso un condensatore esterno dove cede parte del calore accumulato per l’azione di un ventilatore. Raffreddandosi, passa allo stato liquido e viene incanalato in un tubo capillare, ossia una conduttura con fori dal diametro particolarmente stretto, tale da far tornare parte del liquido allo stato gassoso, riportandolo ad una temperatura di 5°. Il gas passa quindi attraverso l’evaporatore, ovvero l’unità installata all’interno dell’ambiente da rinfrescare; grazie ad un dispositivo di ventilazione, il ‘freddo’ così prodotto viene ceduto all’aria presente nella stanza, determinando un abbassamento della temperatura. Il ciclo frigorigeno prosegue con il ritorno del gas nelle canalizzazioni che lo convogliano nuovamente verso il compressore;
- in modalità riscaldamento, la pompa di calore implementa, in sostanza, un ciclo inverso, trasformando il calore a bassa temperatura dell’ambiente esterno in calore ad alta temperatura da cedere agli ambienti interni alla casa. Nel circuito chiuso è presente lo stesso fluido refrigerante; dopo la fase di compressione, che determina un aumento di temperatura e pressione, il fluido passa attraverso un condensatore, che funge da scambiatore di calore. È in questa fase che il calore ad alta temperatura viene ceduto all’ambiente domestico; contestualmente, il fluido passa dallo stato gassoso a quello liquido. Successivamente, viene incanalato verso una valvola di espansione, che ne riduce la temperatura e la pressione; in tali condizioni, il fluido è in grado di assorbire nuovamente calore dall’ambiente esterno: lo ‘scambio’ avviene nell’evaporatore, dove il liquido passa nuovamente allo stato gassoso e può tornare a circolare nel circuito.
Consumo pompa di calore aria – aria: da cosa dipende?
Le pompe di calore consumano energia elettrica, in quanto la utilizzano per alimentare i vari dispositivi che operano all’interno del circuito refrigerante. Questo, però, non è il solo aspetto che incide sul fabbisogno energetico dell’impianto, che risente anche di altri fattori quali:
- la numerosità del nucleo familiare che, a sua volta, determina il fabbisogno termico complessivo;
- la tecnologia di funzionamento; come spiega anche l’ENEA*, l’aria come sorgente è disponibile ovunque ma, al contempo, il rendimento della pompa di calore diminuisce se la temperatura della sorgente si abbassa; inoltre, si legge sul sito dell’agenzia, “al di sotto dei 2°C il rendimento della pompa di calore è minimo. Più vantaggioso è l’impiego, come sorgente fredda, dell’aria interna al locale da riscaldare in quanto si trova ad una temperatura più alta di quella esterna”;
- le modalità e frequenza di utilizzo; se la pompa di calore aria – aria è l’unica fonte di climatizzazione consumerà molta più energia elettrica, in quanto l’impianto verrà usato verosimilmente tutto l’anno per riscaldare o raffrescare;
- il dimensionamento della casa e isolamento termico dell’edificio; una pompa aria – aria risulta più efficiente se l’edificio è adeguatamente isolato dal punto di vista termico e se le unità di riscaldamento/raffreddamento sono correttamente dimensionate in funzione della metratura degli ambienti in cui sono installate;
- la temperatura massima di esercizio; maggiore è l’escursione termica tra la sorgente e il pozzo, maggiore sarà l’energia elettrica che serve all’impianto per raggiungere e mantenere la temperatura desiderata all’interno dei locali domestici;
- la zona climatica; aree di installazione differenti comportano temperature medie stagionali differenti, alle quali corrispondono bisogni e consumi diversi.
Quanto consuma un impianto con pompa di calore aria – aria
È piuttosto difficile stimare i consumi di una pompa di calore; non essendo un elettrodomestico o un macchinario a sé stante ma, piuttosto, una tecnologia specifica, bisogna considerare le singole applicazioni.
Prendiamo quindi un caso pratico piuttosto comune: un climatizzatore fisso monosplit di classe energetica A con consumo orario pari a 0,8 kWh in modalità raffrescamento e 0,5 kWh in configurazione riscaldamento. Ipotizzando un utilizzo giornaliero di 4 ore (per entrambe le modalità) esteso ad una media di 30 giorni al mese, si ottiene un consumo di circa 60 kWh al mese per il riscaldamento e 96 kWh per il raffrescamento. Applicando una tariffa unitaria della componente energia pari a 0,30 euro/kWh si ricava un costo di, rispettivamente, 18 e 28,80 euro al mese.
Come risparmiare sui consumi? Quattro consigli utili.
Laddove l’impianto a pompa di calore sia l’unico sistema di climatizzazione presente in casa, è opportuno mettere in pratica tutti gli accorgimenti del caso per limitare gli sprechi e ottimizzare il consumo di energia elettrica. In particolare, è consigliabile:
- impostare la corretta temperatura d’esercizio, sia per il riscaldamento che il raffreddamento: pochi gradi di differenza spesso sono sufficienti a garantire un comfort adeguato;
- implementare un adeguato isolamento termico; gli edifici più efficienti dal punto di vista energetico consentono di ridurre al minimo la dispersione del calore, facendo sì che l’impianto di climatizzazione ‘lavori’ il meno possibile. Per lo stesso motivo, vanno tamponati gli spifferi di infissi e serramenti;
- non coprire le unità interne (quelle che emettono aria calda e fredda): grate, tende e elementi di arredo possono sortire un effetto barriera che limita la circolazione dell’aria climatizzata, costringendo così la pompa di calore a lavorare più a lungo. In casi del genere, il compressore ha bisogno di più energia per alimentare il circuito frigorifero;
- effettuare regolarmente la pulizia dei filtri; l’accumulo di polvere e particelle volatili altera le condizioni di esercizio ‘ottimali’ della macchina, causando un maggior dispendio di energia.
