Funzionamento Pompa di Calore Aria/Acqua
Le pompe di calore utilizzano l’energia gratuita e rinnovabile dell’aria per produrre acqua calda con consumi molto bassi.
C’è sempre energia termica disponibile nell’aria, e questa energia permette il funzionamento delle pompe di calore.
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Come funziona la pompa di calore?
Il funzionamento di una pompa di calore è simile a quello di un frigorifero, ma invertito.
In un frigorifero, il calore viene estratto dall'interno ed espulso all'esterno.
Una pompa di calore, sfruttando lo stesso principio, fa l'esatto contrario: estrae il calore da una fonte naturale (aria, acqua o terra) e lo trasporta dentro l'edificio alla temperatura idonea, in funzione del tipo di impianto di riscaldamento.[1]
Quale è il principio di funzionamento?
Il principio di funzionamento della pompa di calore si basa sul fenomeno dell’ espansione Joule-Thomson[2] di un fluido.
Questo fluido, nel caso delle pompe di calore, è un liquido refrigerante che all’inizio del processo è molto freddo e che compiendo un ciclo di compressione ed espansione, permette alla pompa di calore di trasferire il calore prodotto all’acqua sanitaria.
Il ciclo della pompa di calore
Il Ciclo della Pompa di Calore è composto da Tre Step
1.Nel primo step la pompa di calore preleva calore dall’ambiente
2.Nel secondo, incrementa la temperatura del gas tecnico
3.Nel terzo, trasferisce calore all’abitazione e, in particolare, all’acqua sanitaria
Primo step
L’aria viene convogliata in uno scambiatore attraverso il quale circola un liquido “refrigerante” resistente al gelo.
Questo liquido è sempre più freddo dell’ambiente e quindi può prelevare il calore dall’aria: è così freddo che permette di fare lavorare la pompa di calore anche a temperature ben al di sotto dello zero.
La differenza di temperatura è decisiva per il funzionamento: infatti l’aria, entrando in contatto con questo liquido molto freddo, trasferisce calore al liquido e ne innalza la sua temperatura.
Il calore prelevato dall’energia pulita dell’aria, quindi viene trasferito al secondo step.
Secondo Step
Il calore prelevato dall’aria è fondamentale perché permette di vaporizzare il liquido: questo processo di vaporizzazione può avvenire perché il liquido refrigerante vaporizza a basse temperature.
In questo modo, il refrigerante assorbe calore e arrivando al punto di ebollizione, vaporizza.
A questo punto, il compressore presente nella pompa di calore, può comprimere il vapore, e ne innalzarne la temperatura.
La temperatura del vapore, in questo momento, è molto alta: il vapore ha innalzato così tanto la sua temperatura da permettere di trasferire questo calore accumulato al circuito di riscaldamento.
(Per capire perché il vapore è diventato così caldo prova a tappare con il pollice il foro di una pompa per per bici e poi di pompare l’aria: il tuo pollice in poco tempo diventerà molto caldo a causa dell’aumento di temperatura dell’aria causato dall’aumento di pressione dovuto dalla compressione.)
Terzo Step
Il vapore molto caldo trasferisce questo calore accumulato al circuito di riscaldamento.
E’ questo il calore che permette all’acqua sanitaria di riscaldarsi e di permetterti di fare una buona doccia con l’acqua calda.
Il vapore più trasferisce il calore all’acqua, più diminuisce la sua temperatura e così passa dallo stato gassoso allo stato liquido.
Una volta trasferito tutto il calore possibile, il refrigerante, ritorna completamente allo stato liquido.
Però il liquido ora è in una condizione particolare: non può più riscaldare l’acqua sanitaria perché ha diminuito la sua temperatura ma non può nemmeno prelevare di nuovo il calore dall’aria circostante (vedi primo step) perché ha ancora una pressione elevata ed è ancora troppo caldo e quindi, per poter continuare il ciclo, deve prima raffreddarsi ulteriormente.
Il liquido, per questo motivo, viene fatto passare attraverso la valvola di espansione: in questo modo, la pressione diminuisce e conseguentemente la temperatura scende rapidamente.
(Per capire la diminuzione di temperatura causato dalla diminuzione di pressione puoi fare questo semplice esperimento: prendi una bomboletta spray, tieni premuto a lungo lo spray e sentirai la bomboletta che diventa molto fredda).
Il liquido ora è in grado di assorbire di nuovo il calore dall’aria e il ciclo può ripartire di nuovo dal primo step.
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Bibliografia
[1]https://www.viessmann.it/it/riscaldamento-casa/miglior_sistema_di_riscaldamento/funzionamento-pompe-di-calore.html
[2]https://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_Joule-Thomson
[3]https://www.viessmann.it/content/dam/vibrands/IT/BROCHURE/2015/Gamma_scaldacqua_Viessmann.pdf/_jcr_content/renditions/original.media_file.download_attachment.file/Gamma_scaldacqua_Viessmann.pdf
