Tra le tecnologie impiantistiche che hanno fatto enormi progressi e che consentono di ridurre i consumi energetici senza rinunciare al comfort, un ruolo di rilievo è giocato dalle pompe di calore, apparecchiature impiegate per il riscaldamento di un fluido (aria o acqua) che trasformano in energia utile il calore (energia a bassa entalpia), altrimenti inutilizzato, presente nell’ambiente.

Per funzionare, una pompa di calore necessita ovviamente di energia, ma quella che trasferisce all’interno dell’ambiente sotto forma di calore è maggiore di quella che consuma, garantendo così un notevole risparmio. La pompa di calore sfrutta, infatti, il calore gratuito e illimitato immagazzinato nell’aria, nell’acqua superficiale, nelle falde acquifere sotterranee e nel terreno. Per questo motivo, con la Direttiva RES (Renewable Energy Sources) le pompe di calore sono state riconosciute ufficialmente tecnologie che impiegano energie rinnovabili.

I sistemi a pompa di calore sono una valida alternativa ai tradizionali sistemi di riscaldamento a combustione, costituiscono uno dei sistemi di climatizzazione a ciclo annuale attualmente più efficiente ed efficace e sono in grado di contribuire al raggiungimento degli obiettivi 20-20-20 di riduzione dei consumi di energia, di riduzione delle emissioni di gas climalteranti e di incremento dell’utilizzo di fonti rinnovabili: consentono, infatti, risparmi dal 40 al 60% di energia primaria, con pari riduzione della CO2 e impiegano per il loro funzionamento circa il 75% di energia rinnovabile.

Le pompe di calore, a differenza dei sistemi termici a combustione, offrono anche il vantaggio di poter essere utilizzate come climatizzatori durante la stagione calda: in estate invertono il loro funzionamento e trasferiscono il calore dall’edificio verso l’esterno, raffrescando gli ambienti.
La soluzione con le sole pompe di calore comporta pertanto costi di installazione inferiori rispetto all’applicazione di una caldaia e di un condizionatore e la conseguente riduzione dei costi gestionali e manutentivi dell’impianto.

L’adozione di un impianto di climatizzazione con pompa di calore fa anche crescere la classe energetica dell’edificio, permettendo il raggiungimento di classi elevate tanto nelle nuove costruzioni che in quelle esistenti; inoltre viene migliorata la qualità dell’aria nelle grandi aree urbane perché, nel caso delle pompe di calore elettriche, l’inquinamento dovuto alla produzione di energia per il loro funzionamento è delocalizzato ed è in ogni caso ridotto grazie alla componente di energia rinnovabile che tutte le pompe di calore sono in grado di utilizzare.

Componenti e funzionamento

La tecnologia delle pompe di calore è nota e utilizzata fin dagli anni 70, ai tempi delle prime crisi petrolifere, e oggi è presente sul mercato con diverse soluzioni impiantistiche che la rendono adatta e di facile applicazione per tutte le esigenze.

La pompa di calore deve il suo nome al fatto di essere in grado di trasferire calore da una sorgente a bassa temperatura ad uno a temperatura più alta.

Le pompe di calore maggiormente diffuse sono quelle elettriche a compressione, costituite da un circuito chiuso percorso da un fluido frigorigeno che, in funzione delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore.

Ciclo di funzionamento

Il fluido, nel transitare attraverso ciascuno dei componenti della pompa di calore (compressore, condensatore, valvola di espansione, evaporatore) modifica il proprio stato da liquido a gassoso e viceversa, assorbendo e cedendo calore. Il fluido refrigerante, che si trova allo stato gassoso, viene compresso all’interno del compressore e aumenta così la propria pressione e temperatura. Transitando attraverso il condensatore (che è uno scambiatore di calore), cede calore all’aria o all’acqua da riscaldare. Nel cedere parte del proprio calore, passa dallo stato gassoso allo stato liquido. Attraverso la valvola di espansione, si riducono pressione e temperatura del fluido refrigerante, che in parte ritorna allo stato gassoso. Il calore della sorgente fredda è trasmesso al fluido refrigerante, il quale evapora e passa completamente allo stato gassoso. Dopo l’evaporatore, il fluido passa nuovamente dal compressore e il ciclo può ricominciare.

L’efficienza di una pompa di calore è misurata dal coefficiente di prestazione C.O.P. (Coefficient of Performance), che è il rapporto tra l’energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare) e l’energia elettrica consumata. Il C.O.P. varia a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento ed è tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura a cui il calore viene ceduto (nel condensatore) e quanto più alta è quella della sorgente da cui viene assorbito (nell’evaporatore).
Oltre a quelle elettriche, sono disponibili anche pompe di calore a compressione azionate da motore endotermico. Essendo anch’esse dotate di un compressore, queste pompe di calore hanno un ciclo termodinamico simile a quello delle convenzionali pompe di calore elettriche.

Il compressore, però, invece di essere alimentato dall’energia elettrica, viene azionato direttamente dall’energia meccanica prodotta da un motore a gas.

Tipologia di sorgenti disponibili

Esistono quattro tipologie fondamentali di pompe di calore (aria-aria, aria-acqua, acqua-aria, acqua-acqua), che derivano dalla combinazione dei due fluidi che scambiano calore con il refrigerante, aria o acqua, verso la sorgente esterna e/o verso quella interna dell’edificio.

Verso l’interno la pompa di calore può riscaldare (o raffreddare) direttamente l’aria degli ambienti oppure può farlo attraverso un fluido intermedio, normalmente acqua, che trasporta il calore nei vari ambienti, dove un ulteriore scambiatore di calore (ventilconvettori per esempio) lo trasferisce all’aria.

Verso l’esterno la pompa di calore può scambiare calore direttamente con l’aria oppure attraverso un fluido intermedio, acqua o acqua glicolata, che a sua volta lo scambierà con la sorgente esterna: acqua superficiale o di falda, terreno o rocce con sonde verticali od orizzontali (geotermia a bassa entalpia).

Installazione e manutenzione

La pompa di calore è un’apparecchiatura che ha raggiunto una buona affidabilità, soprattutto negli ultimi anni, ma che richiede una corretta installazione e un minimo di manutenzione per conseguire buone prestazioni nel tempo.  Esse possono essere installate all’esterno, se di tipo aerotermico, o in qualsiasi locale perché non necessitano di ambienti dedicati. Inoltre sono integrabili con altre fonti energetiche rinnovabili, come sistemi solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria e sistemi fotovoltaici, e usufruiscono di alcune detrazioni fiscali. Queste operazioni devono essere quindi affidate a personale qualificato in grado di garantire non solo la sicurezza ma anche il risparmio energetico degli impianti.

Il risparmio energetico si può ottenere sia modificando le nostre abitudini, cercando di limitare gli sprechi, sia promuovendo le tecnologie in grado di trasformare e conservare l’energia nonché le competenze e la professionalità degli operatori del settore.

Il risparmio energetico e le fonti rinnovabili di energia sono tematiche con le quali il nostro settore deve confrontarsi. Proprio in questa direzione, i recenti provvedimenti legislativi in materia di efficienza energetica e rinnovabili stanno introducendo specifiche prescrizioni sia riguardo ai nuovi criteri per la valutazione e il controllo periodico dell’efficienza degli impianti di climatizzazione, sia in materia di formazione e certificazione degli installatori di impianti a fonti rinnovabili, tra cui le pompe di calore.