Tipi di Pompe di Calore: Cosa Sono, Come Funzionano e Quale Scegliere

Un ambiente confortevole gioca un ruolo fondamentale nel modo in cui trascorriamo le nostre giornate, e un modo per ottenerlo è attraverso condizionatori e pompe di calore. Siamo tutti molto familiari con i condizionatori, ma la maggior parte delle persone non sa che un condizionatore è un tipo specifico di pompa di calore e che ci sono molti altri sistemi che possono essere usati allo stesso scopo di riscaldare o raffreddare la tua casa.

Ai giorni nostri, semplicemente non possiamo fare a meno di un adeguato riscaldamento e raffreddamento. È un requisito fondamentale pensare al controllo della temperatura quando si progettano edifici residenziali o commerciali. Purtroppo, questo ha un lato negativo poiché questi requisiti possono avere un enorme impatto energetico. Mentre alcuni condizionatori possono consumare molta energia, esistono varie forme di riscaldamento e raffreddamento che possono essere utili per creare una casa a basso consumo energetico.

Diamo un'occhiata a quali sono gli altri tipi di pompe di calore, come funzionano e come puoi sceglierne una adatta alle tue esigenze.

Cosa Sono le Pompe di Calore?

In parole povere, una pompa di calore è un dispositivo usato per trasferire calore da un luogo a un altro. Può essere usata sia per scopi di riscaldamento che di raffreddamento. Può sia prendere calore dall'interno ed espellerlo fuori (raffreddamento), sia prendere calore dall'esterno e immetterlo dentro (riscaldamento).

Ora, ci sono molti modi attraverso cui questa funzione può essere ottenuta; esaminiamoli in dettaglio:

L'efficienza delle pompe di calore è molto più alta di quella dei riscaldatori a resistenza elettrica. C'è però un rovescio della medaglia. Questa efficienza diminuisce man mano che il gradiente di temperatura o la differenza tra le temperature esterna e interna inizia ad aumentare.

L'uso del termine "pompa di calore" può confondere la maggior parte delle persone facendole pensare che questi dispositivi possano solo riscaldare uno spazio interno e non raffreddarlo. Ma come abbiamo definito prima, possono fare entrambi i lavori, spesso attraverso un singolo apparecchio. Questo è ottenuto attraverso l'uso di una "valvola di inversione" nel caso dei condizionatori. Attraverso questo meccanismo, le bobine del condensatore e dell'evaporatore possono essere scambiate, cioè il condensatore può diventare l'evaporatore e l'evaporatore può diventare il condensatore, come richiesto.

Come Funzionano le Pompe di Calore?

Una pompa di calore funziona spostando un fluido noto come refrigerante attraverso diversi componenti noti come evaporatore, condensatore, compressore e valvola di espansione. Il refrigerante è il mezzo principale attraverso cui il calore viene rimosso o aggiunto nella stanza. Può assorbire calore dal suo ambiente e raffreddarlo quando combinato con altri componenti come evaporatori o condensatori. Nel seguente ciclo, vedremo come una pompa di calore può essere usata per raffreddare uno spazio. Lo stesso processo può essere invertito per ottenere un sistema di riscaldamento.

Il refrigerante viene fatto passare attraverso una valvola di espansione, che converte il refrigerante precedentemente liquido in gas. Durante questa espansione, il refrigerante si raffredda. Viene poi fatto passare attraverso una serie di bobine nell'evaporatore, che vengono soffiate da una ventola. L'aria fresca viene così immessa nella stanza, e il calore viene assorbito dal refrigerante, che si trasforma in gas caldo.

Viene poi fatto passare attraverso il compressore, dove viene compresso e convertito in un gas ad alta temperatura e alta pressione. Il refrigerante viene introdotto attraverso una rete di bobine nel condensatore e soffiato da ventole per rimuovere il calore immagazzinato ed espellerlo nell'atmosfera esterna. Il refrigerante, che a questo punto è un liquido, viene riciclato di nuovo attraverso lo stesso processo per continuare a ottenere aria fredda.

Come Funziona la Pompa di Calore in Modalità Raffreddamento?

Il refrigerante liquido viene pompato attraverso la bobina interna (evaporatore), e l'aria dall'interno della tua stanza viene soffiata sopra di essa. Il refrigerante assorbe l'energia termica, e la risultante aria fredda viene soffiata di nuovo in casa. Il refrigerante evapora quindi in forma gassosa.

Il refrigerante gassoso viene poi inviato al compressore, che lo pressurizza. La pressurizzazione del refrigerante gassoso lo riscalda. Il refrigerante gassoso caldo viene poi inviato alla bobina esterna (condensatore). La ventola nell'unità esterna soffia aria esterna sopra la bobina. Il refrigerante trasferisce il suo calore all'aria esterna perché l'aria esterna è più fredda del refrigerante. Mentre il refrigerante si raffredda, condensa di nuovo in liquido.

Il refrigerante liquido viene inviato alla valvola di espansione nell'unità interna, che ne riduce la pressione per raffreddarlo ulteriormente. Il refrigerante liquido freddo è ora pronto per essere pompato di nuovo alla bobina dell'evaporatore, e il ciclo può ricominciare.

Come Funziona una Pompa di Calore in Modalità Riscaldamento?

In modalità raffreddamento, non c'è una differenza significativa tra un condizionatore e una pompa di calore. Tuttavia, in modalità riscaldamento, la caratteristica più distintiva della pompa di calore entra in gioco: la valvola di inversione. La valvola di inversione inverte il flusso del refrigerante in modo che la pompa di calore rilasci energia nella casa. Così, la bobina dell'unità esterna svolge il ruolo di evaporatore, e la bobina dell'unità interna svolge il ruolo di condensatore.

Il processo complessivo rimane lo stesso. Prima, il refrigerante liquido viene pompato attraverso la bobina esterna (evaporatore), e l'aria esterna viene soffiata sopra di essa. Poi, dopo che il refrigerante assorbe l'energia termica, la risultante aria fredda viene soffiata fuori. Il refrigerante liquido evapora poi in gas.

Il refrigerante gassoso viene passato attraverso il compressore, che lo pressurizza per riscaldarlo. Il refrigerante gassoso viene poi inviato alla bobina interna (condensatore). La ventola interna soffia aria fredda interna sopra il refrigerante gassoso. Poiché l'aria interna è più fredda del refrigerante gassoso, il refrigerante cede calore all'aria interna. La risultante aria calda viene soffiata in casa.

Nel frattempo, il refrigerante condensa in liquido e viene poi pompato alla valvola di espansione, depressurizzandolo per raffreddarlo ulteriormente. Infine, il refrigerante liquido freddo viene pompato alla bobina esterna (evaporatore), così il ciclo può ricominciare.

1. Tipo di Pompa di Calore: Aria-Aria

Come evidente, le pompe di calore aria-aria funzionano usando l'aria come pozzo di calore e sorgente di calore. Esempi comuni di tali sistemi sono i condizionatori residenziali e commerciali. Questi sistemi sono anche reversibili, il che significa che possono essere usati sia per riscaldamento che per raffreddamento.

Le pompe di calore aria-aria sono sistemi di condizionamento ad alta efficienza energetica, con costi di installazione e iniziali più economici rispetto ad altri sistemi di pompe di calore. Possono fornire riscaldamento e raffreddamento sufficienti nelle zone climatiche e sono quindi adatte per l'uso in gran parte del paese.

C'è però un lato negativo in queste pompe di calore. La loro efficienza diminuisce man mano che la differenza di temperatura tra la temperatura interna ed esterna aumenta. In caso di freddo estremo o caldo estremo, le pompe di calore aria-aria possono avere difficoltà a funzionare come desiderato. Nei climi gelidi, questo può essere particolarmente un problema e ostacolare le operazioni di condizionamento. Tuttavia, la funzione di protezione antigelo in alcune pompe di calore può aiutare significativamente a mantenere i tubi dal congelamento in caso di freddo estremo a basso costo.

Ci sono alcuni diversi tipi di pompe di calore aria-aria. Vediamoli di seguito:

a) Pompa di Calore Mini-Split (Pompa di Calore Senza Condotti)

Le pompe di calore mini-split stanno guadagnando rapidamente popolarità tra consumatori residenziali e, infatti, commerciali, grazie alla loro facilità di installazione, flessibilità ed efficienza energetica. In effetti, possono essere rese ancora più efficienti energeticamente se abbinate a un controller AC intelligente. Questi tipi di pompe di calore non richiedono una vasta rete di condotti o bocchette e sono adatti per ristrutturazioni dove strutture più vecchie devono essere dotate di un moderno sistema di condizionamento.

Questi sistemi consistono di due parti, un'unità interna e un'unità esterna. L'unità esterna ospita il condensatore, che espelle il calore indesiderato all'esterno, mentre l'unità interna immette aria fresca o calda nella stanza.

Un'unità esterna mini-split può anche essere usata per alimentare più unità interne, dando origine a quello che è noto come mini-split multi-zona. Attraverso questo metodo, le singole unità possono essere controllate indipendentemente in quello che è noto come "zoning".

Modalità Protezione Antigelo (FP) nel Controllo AC Intelligente Cielo Breez

La modalità Protezione Antigelo è una caratteristica unica e innovativa per chi ha case in climi estremamente freddi. Con la Protezione Antigelo, puoi mantenere una temperatura confortevole nello spazio interno anche quando non è in uso.

Il condizionatore può funzionare a bassa potenza in modalità riscaldamento, assicurando che la stanza non diventi insopportabilmente e gelidamente fredda. Questa modalità è ideale quando non occupi lo spazio, ma non vuoi nemmeno che si congeli o diventi davvero freddo.

b) Pompa di Calore ad Aria di Scarico

Una variante meno nota delle pompe di calore aria-aria è la pompa di calore ad aria di scarico, che usa l'aria di scarico da un processo separato ed estrae calore da essa. I requisiti per un tale tipo di pompa di calore sono che dovrebbe essere situata vicino a un sistema di scarico con flusso costante e temperature costanti.

2. Tipo di Pompa di Calore: Sotterranee/Sottomarine

Come discusso sopra, uno svantaggio delle pompe di calore aria-aria è la variazione di temperatura osservata nell'ambiente. Tra i diversi tipi di pompe di calore, quelle sotterranee o sottomarine eliminano questo problema perché il terreno ha una temperatura quasi costante durante tutto l'anno. Di conseguenza, le pompe di calore sotterranee o sottomarine forniscono aria fresca o calda in modo efficiente tutto l'anno. Inoltre, l'efficienza della pompa di calore per questo tipo è molto maggiore degli altri tipi, grazie al loro basso consumo energetico.

a) Pompe di Calore ad Acqua

Le pompe di calore sottomarine usano una sorgente d'acqua come mezzo di scambio termico. Ma un prerequisito è, ovviamente, che una sorgente d'acqua sia situata nelle vicinanze. Queste pompe di calore possono funzionare anche come pompe di calore reversibili, assorbendo calore dall'acqua per riscaldare l'ambiente interno, e rilasciando anche il calore assorbito dall'interno nel corpo d'acqua.

Questo è ottenuto attraverso una serie di bobine o anelli posizionati sotto il corpo d'acqua. Il refrigerante, in alcuni casi l'acqua stessa, viene pompato attraverso quelle bobine e poi instradato dentro la casa per fornire riscaldamento o raffreddamento.

Come accennato prima, le temperature sottomarine rimangono stabili durante tutto l'anno, e le pompe di calore ad acqua possono essere messe a buon uso anche in climi estremi senza cali di prestazioni.

Anche se i sistemi sottomarini non richiedono una preparazione estesa scavando il terreno (come nel caso dei sistemi geotermici), sono comunque inizialmente costosi rispetto ai sistemi aria-aria.

Un'ulteriore distinzione nei sistemi sottomarini può essere fatta, ovvero sistemi a circuito aperto e chiuso. Un sistema a circuito chiuso ha un refrigerante al suo interno, che viene costantemente riciclato attraverso la rete di tubazioni. Il refrigerante non ha bisogno di essere rifornito ancora e ancora. I sistemi a circuito aperto, d'altra parte, prendono l'acqua dalla sorgente d'acqua e la pompano dentro casa. Questa acqua viene poi rigettata nella sorgente d'acqua. La stessa quantità di acqua non viene pompata continuamente attraverso la rete. Le pompe di calore ad acqua sono quindi la scelta giusta per case rurali vicino a corpi d'acqua.

b) Pompe di Calore Geotermiche

Note anche come Pompe di Calore Geotermiche, questi sistemi usano il calore del terreno invece dell'acqua per riscaldare o raffreddare uno spazio interno. Il terreno è anche una sorgente di calore a temperatura quasi costante durante tutto l'anno e può essere considerato affidabile per le esigenze di riscaldamento e raffreddamento. Come le pompe di calore sottomarine, un refrigerante viene fatto passare attraverso bobine e anelli posizionati sottoterra. Questo refrigerante viene poi pompato dentro casa, dove avviene lo scambio di calore.

In estate, questo significa che il refrigerante trasporta refrigerante fresco dentro casa, dove assorbe calore dallo spazio interno e si riscalda, mentre la casa si raffredda. L'inverso è vero durante l'inverno quando il refrigerante espelle calore nella stanza raffreddandosi.

I tubi sotterranei possono essere posati in diverse configurazioni. Possono essere posizionati in anelli orizzontali sotto terra o possono essere perforati verticalmente a maggiori profondità in tubi. Questi tubi a forma di U sono collegati in basso, formando una rete interconnessa.

3. Tipo di Pompa di Calore: Pompe di Calore Ibride

In climi molto freddi, una pompa di calore può avere problemi a causa dell'enorme differenza di temperatura tra la temperatura esterna e la temperatura interna desiderata. Questo è particolarmente vero per i sistemi aria-aria, che possono smettere di funzionare a temperature vicine allo zero, rendendo necessario l'uso di fornaci, che sono una spesa aggiuntiva.

Inoltre, anche se le pompe di calore geotermiche e sottomarine possono funzionare in un range di temperature più ampio, sono migliori nel raffreddamento che nel riscaldamento.

Per combattere questo problema, puoi usare pompe di calore ibride. Questi sistemi sono una combinazione di due diversi tipi di pompe di calore, ciascuno adatto a diverse condizioni climatiche e requisiti. Un esempio di tale disposizione è quello delle pompe di calore a energia solare. Usano l'energia solare come fonte di energia per alimentare sistemi di riscaldamento aggiuntivi o possono essere usate direttamente per fornire riscaldamento sfruttando l'energia del sole.

In Breve – Quale Tipo di Pompa di Calore è Migliore Per Te?

Qualunque sistema tu scelga tra i diversi tipi di pompe di calore, assicurati di avere un quadro completo della zona climatica in cui ti trovi, del tuo budget, delle esigenze e, ovviamente, della posizione della tua pompa di calore. Se stai ristrutturando un edificio vecchio esistente, saresti più adatto a scegliere una pompa di calore mini-split. Ma se vivi vicino a un grande corpo d'acqua in una zona rurale, una pompa di calore geotermica o sottomarina potrebbe valere la pena dare un'occhiata.

A parte le preferenze personali e le limitazioni geografiche, è importante tenere d'occhio i costi di installazione e operativi. Come discusso prima, un sistema geotermico sarà costoso da installare, ma i costi operativi possono essere estremamente bassi, rispetto a una pompa di calore senza condotti. Ma d'altra parte, un sistema senza condotti sarà molto più economico da acquistare e installare, con tempi di installazione minimi.

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