Guida alla lettura
Le pompe di calore sono di gran moda ultimamente, soprattutto in Europa, dove alcuni paesi stanno lavorando per vietare l'installazione di stufe e caldaie a combustibile fossile a favore di opzioni più ecocompatibili, tra cui le pompe di calore a basso consumo energetico. (Le caldaie riscaldano l'aria e la distribuiscono attraverso tubi in tutta la casa, mentre le caldaie riscaldano l'acqua per fornire acqua calda o riscaldamento a vapore.) Quest'anno, il governo degli Stati Uniti ha iniziato a offrire incentivi fiscali per l'installazione di pompe di calore, che tendono a costare di più all'inizio rispetto alle caldaie tradizionali, ma sono molto più efficienti nel lungo periodo.
Anche nel campo dei veicoli a nuova energia, la capacità limitata delle batterie ha spinto l'industria a rivolgersi alle pompe di calore. Forse è giunto il momento di capire rapidamente cosa significano e a cosa servono le pompe di calore.
Qual è il tipo più comune di pompa di calore?
Dato il recente clamore, potresti rimanere sorpreso nello scoprire che utilizzi già unpompa di calore- probabilmente ne hai più di una in casa e più di una in macchina. Semplicemente non le chiami pompe di calore: usi i termini "frigorifero" o "condizionatore".
In realtà, queste macchine sono pompe di calore, il che significa che spostano il calore da un luogo relativamente freddo a uno relativamente caldo. Il calore fluisce spontaneamente dal caldo al freddo. Ma se si vuole trasformarlo dal freddo al caldo, è necessario "pomparlo". L'analogia migliore in questo caso è l'acqua, che scorre giù per una collina da sola, ma deve essere pompata verso l'alto.
Quando si pompa il calore contenuto in un qualche tipo di accumulo freddo (aria, acqua, ecc.) in un accumulo caldo, l'accumulo freddo si raffredda e quello caldo si riscalda. In realtà, è proprio questo lo scopo del frigorifero o del condizionatore: sposta il calore da dove non serve a dove serve, e non importa se si spreca un po' di calore in più.
Come realizzare un refrigeratore pratico con una pompa di calore?
L'intuizione chiave che ha prodottopompe di calore La prima scoperta avvenne all'inizio del XIX secolo, quando diversi inventori, tra cui Jacob Perkins, si resero conto di poter raffreddare qualcosa in questo modo senza sprecare i liquidi volatili che evaporavano per ottenere il raffreddamento. Invece di rilasciare questi vapori nell'atmosfera, sostenevano, sarebbe stato meglio raccoglierli, condensarli in un liquido e riutilizzarlo come refrigerante.
Ecco a cosa servono frigoriferi e condizionatori. Fanno evaporare i refrigeranti liquidi e usano il vapore freddo per assorbire il calore dall'interno di un frigorifero o di un'auto. Quindi comprimono il gas, che si condensa nuovamente in forma liquida. Questo liquido è ora più caldo di quando era inizialmente, quindi parte del calore che trattiene può facilmente (eventualmente con l'aiuto di una ventola) diffondersi nell'ambiente circostante, che sia all'aperto o in altre zone della cucina.
Detto questo: hai molta familiarità con le pompe di calore; solo che continui a chiamarle condizionatori d'aria e frigoriferi.
Ora facciamo un altro esperimento mentale. Se hai un condizionatore da finestra, puoi anche farlo come un vero esperimento. Installalo al contrario. Cioè, installa i comandi fuori dalla finestra. Fallo con tempo fresco e asciutto. Cosa succederà?
Come ci si aspetterebbe, soffia aria fredda nel giardino e rilascia calore in casa. Quindi continua a trasportare calore, rendendo la casa più confortevole riscaldandola. Certo, raffredda l'aria esterna, ma questo effetto diventa minimo una volta che ci si allontana dalle finestre.
Ora hai una pompa di calore per riscaldare la tua casa. Potrebbe non essere la soluzione migliore.pompa di calore, ma funzionerà. Inoltre, quando arriva l'estate, puoi anche capovolgerlo e usarlo come condizionatore.
Ovviamente, non farlo davvero. Se ci provi, sicuramente non funzionerà la prima volta che piove e l'acqua entra nel controller. In alternativa, puoi acquistare una pompa di calore "ad aria" commerciale che utilizza lo stesso principio per riscaldare la tua casa.
Il problema, ovviamente, è che la vodka è costosa e finirai presto per raffreddare il vino. Anche se sostituissi la vodka con un alcol denaturato più economico, ti lamenteresti presto della spesa.
Alcuni di questi dispositivi sono dotati di valvole di inversione, che consentono allo stesso dispositivo di svolgere una duplice funzione: possono pompare calore dall'esterno verso l'interno o dall'interno verso l'esterno, fornendo sia riscaldamento che aria condizionata, come descritto di seguito.
Perché le pompe di calore sono più efficienti dei riscaldatori elettrici?
Le pompe di calore sono più efficienti dei riscaldatori elettrici perché non richiedono elettricità per generare calore. L'elettricità utilizzata da unpompa di caloreGenera un po' di calore, ma soprattutto pompa calore dall'esterno all'interno dell'abitazione. Il rapporto tra il calore rilasciato in casa e l'energia inviata al compressore elettrico è chiamato coefficiente di prestazione, o COP.
Una semplice stufa elettrica che fornisce tutto il calore generato dall'elemento riscaldante elettrico ha un COP pari a 1. D'altro canto, il COP di una pompa di calore può essere di un ordine di grandezza superiore.
Tuttavia, il COP di una pompa di calore non è un valore fisso. È inversamente proporzionale alla differenza di temperatura tra i due serbatoi in cui viene pompato il calore. Detto questo, se si pompa calore da un serbatoio non troppo freddo a un edificio non troppo caldo, il COP sarà elevato, il che significa che la pompa di calore è molto efficiente nell'uso dell'elettricità. Ma se si tenta di pompare calore da un serbatoio estremamente freddo a un edificio già caldo, il valore del COP si riduce, il che significa che l'efficienza ne risente.
Il risultato è quello che intuitivamente ci si aspetta: è meglio usare la cosa più calda che si riesce a trovare come riserva di calore esterna.
Le pompe di calore aria-acqua, che utilizzano l'aria esterna come riserva di calore, sono la soluzione peggiore in questo senso, perché l'aria esterna è molto fredda durante la stagione invernale. Ancora meglio sono le pompe di calore geotermiche (note anche come pompe di calore geotermiche), perché anche in inverno il terreno a media profondità è ancora piuttosto caldo.
Qual è la migliore fonte di calore per le pompe di calore?
Il problema con la sorgente di terrapompe di caloreè che hai bisogno di un modo per accedere a questa riserva di calore interrata. Se hai abbastanza spazio intorno alla tua casa, puoi scavare dei fossati e interrare una serie di tubi a una profondità ragionevole, ad esempio a qualche metro. Puoi quindi far circolare un liquido (di solito una miscela di acqua e antigelo) attraverso questi tubi per assorbire il calore dal terreno. In alternativa, puoi praticare fori profondi nel terreno e installare i tubi verticalmente in questi fori. Tutto questo, però, sarà costoso.
Un'altra strategia disponibile per pochi fortunati è quella di estrarre calore da un bacino idrico vicino immergendo un tubo nell'acqua a una certa profondità. Queste sono chiamate pompe di calore ad acqua. Alcune pompe di calore impiegano la strategia più insolita di estrarre calore dall'aria che esce dall'edificio o dall'acqua calda solare.
Nei climi molto freddi, ha senso installare, se possibile, una pompa di calore geotermica. Questo è probabilmente il motivo per cui la maggior parte delle pompe di calore in Svezia (che vanta uno dei più alti numeri di pompe di calore pro capite) sono di questo tipo. Ma anche la Svezia ha un'elevata percentuale di pompe di calore aerotermiche, il che smentisce l'affermazione comune (almeno negli Stati Uniti) secondo cui le pompe di calore sono adatte solo per riscaldare le case in climi miti.
Quindi, ovunque tu sia, se puoi permetterti i costi iniziali più elevati, la prossima volta che ti troverai a dover decidere come riscaldare la tua casa, valuta di utilizzare una pompa di calore invece di una stufa o di una caldaia tradizionali.
Data di pubblicazione: 19-10-2023