Guida alla lettura
Le pompe di calore sono di gran moda in questi giorni, soprattutto in Europa, dove alcuni paesi stanno lavorando per vietare l’installazione di stufe e caldaie a combustibili fossili a favore di opzioni più rispettose dell’ambiente, comprese le pompe di calore ad alta efficienza energetica. (I forni riscaldano l'aria e la distribuiscono attraverso i 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 rispetto ai forni tradizionali. ma sono molto più efficienti nel lungo periodo.
Nel campo dei veicoli a nuova energia, la capacità limitata delle batterie ha spinto l’industria a ricorrere alle pompe di calore. Quindi forse è il momento di imparare rapidamente cosa significano le pompe di calore e cosa fanno.
Qual è il tipo più comune di pompa di calore?
Considerato il recente buzz, potresti essere sorpreso di apprendere che usi già apompa di calore- probabilmente ne hai più di uno in casa e più di uno in macchina. Semplicemente non le chiami pompe di calore: usi i termini "frigorifero" o "condizionatore d'aria".
In realtà, queste macchine sono pompe di calore, il che significa che spostano il calore da un luogo relativamente freddo a un luogo relativamente caldo. Il calore passa spontaneamente dal caldo al freddo. Ma se vuoi trasformarlo da freddo a caldo, devi "pomparlo". La migliore analogia qui è l’acqua, che scorre da sola giù da una collina, ma deve essere pompata su per la collina.
Quando si pompa il calore contenuto in qualche tipo di cella frigorifera (aria, acqua, ecc.) nella cella calda, la cella frigorifera diventa più fredda e la cella calda diventa più calda. Questo è in realtà lo scopo del tuo frigorifero o condizionatore d'aria: sposta il calore da dove non è necessario a qualche altro posto e non ti importa se sprechi un po' di calore in più.
Come realizzare un pratico refrigeratore con pompa di calore?
L'intuizione chiave che ha prodottopompe di calore arrivò all'inizio del XIX secolo, quando un certo numero di inventori, tra cui Jacob Perkins, si resero conto che potevano 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 meglio raccoglierli, condensarli in un liquido e riutilizzare quel liquido come refrigerante.
A questo servono i frigoriferi e i condizionatori. Evaporano i refrigeranti liquidi e utilizzano 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 è iniziato, quindi parte del calore che trattiene può facilmente (possibilmente con l'aiuto di un ventilatore) fluire nell'ambiente circostante, sia all'aperto che altrove in cucina.
Detto questo: hai molta familiarità con le pompe di calore; È solo che continui a chiamarli condizionatori e frigoriferi.
Ora facciamo un altro esperimento mentale. Se hai l'aria condizionata da finestra, puoi anche farlo come un vero esperimento. Installare al contrario. Cioè, installa i suoi controlli fuori dalla finestra. Fallo con tempo fresco e asciutto. Cosa succederà?
Come ti aspetteresti, soffia aria fredda nel tuo giardino e rilascia calore nella tua casa. Quindi trasporta ancora calore, rendendo la tua casa più confortevole riscaldandola. Certo, raffredda l'aria esterna, ma l'effetto diventa minimo quando sei lontano da Windows.
Ora hai una pompa di calore per riscaldare la tua casa. Potrebbe non essere il migliorepompa di calore, ma funzionerà. In più, quando arriva l'estate, puoi anche capovolgerlo e usarlo come condizionatore.
Ovviamente non farlo davvero. Se lo provi, senza dubbio fallirà la prima volta che piove e l'acqua entra nel controller. Invece, puoi acquistarti una pompa di calore commerciale "ad aria" che utilizza lo stesso principio per riscaldare la tua casa.
Il problema, ovviamente, è che la vodka è costosa e la finirai presto per raffreddare il vino. Anche se sostituisci la vodka con un alcol denaturato più economico, presto ti lamenterai della spesa.
Alcuni di questi dispositivi sono dotati delle cosiddette valvole di inversione, che consentono allo stesso dispositivo di svolgere un duplice ruolo: possono pompare calore dall'esterno verso l'interno o dall'interno verso l'esterno, fornendo sia calore che condizionamento, 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 apompa di caloregenera un po' di calore, ma, cosa ancora più importante, pompa il calore dall'esterno nella tua casa. Il rapporto tra il calore immesso nell'abitazione e l'energia inviata al compressore elettrico è chiamato coefficiente di prestazione, o COP.
Un semplice riscaldatore elettrico che fornisce tutto il calore generato dall'elemento riscaldante elettrico ha un COP pari a 1. D'altra parte, il COP di una pompa di calore può essere 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 un valore elevato, il che significa che la pompa di calore è molto efficiente nell’utilizzo dell’elettricità. Ma se si tenta di pompare calore da un serbatoio estremamente freddo in un edificio già caldo, il valore COP si riduce, il che significa che l’efficienza ne risente.
Il risultato è ciò che intuitivamente ti aspetti: è meglio utilizzare la cosa più calda che puoi trovare come serbatoio di calore esterno.
Le pompe di calore ad aria, che utilizzano l’aria esterna come serbatoio di calore, sono l’opzione peggiore a questo riguardo perché l’aria esterna è molto fredda durante la stagione di riscaldamento invernale. Ancora migliori sono le pompe di calore geotermiche (note anche come pompe di calore geotermiche), perché anche in inverno il terreno a media profondità è ancora abbastanza caldo.
Qual è la migliore fonte di calore per le pompe di calore?
Il problema con la sorgente terrestrepompe di caloreè che hai bisogno di un modo per accedere a questo serbatoio sepolto di calore. Se hai abbastanza spazio intorno alla tua casa, puoi scavare fossati e seppellire un mucchio di tubi a una profondità ragionevole, ad esempio qualche metro di profondità. È quindi possibile far circolare un liquido (solitamente una miscela di acqua e antigelo) attraverso questi tubi per assorbire il calore dal terreno. In alternativa, puoi praticare dei fori profondi nel terreno e installare i tubi verticalmente in questi fori. Tutto questo, però, diventerà costoso.
Un'altra strategia a disposizione di pochi fortunati è quella di estrarre calore da uno specchio d'acqua vicino immergendo un tubo nell'acqua ad una certa profondità. Queste sono chiamate pompe di calore ad acqua. Alcune pompe di calore utilizzano la strategia più insolita di estrarre calore dall'aria in uscita dall'edificio o dall'acqua calda solare.
Nei climi molto freddi è opportuno 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 ha uno dei più alti numeri di pompe di calore pro capite) sono di questo tipo. Ma anche la Svezia ha una grande percentuale di pompe di calore ad aria, 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 dovrai decidere come riscaldare la tua casa, considera l'utilizzo di una pompa di calore invece di una stufa o caldaia tradizionale.
Orario di pubblicazione: 19 ottobre 2023