Dicendo “pompa di calore” ci riferiamo ad una serie di tecnologie che comprendono dispositivi per il riscaldamento, la ventilazione e il condizionamento dell’aria. E parlando della pompa di calore, energia rinnovabile è il concetto che subito balza alla nostra mente.

I lettori affezionati sapranno bene, infatti, che il tema dell’energia rinnovabile in Italia e ancor di più, dell’energia sostenibile nel mondo, sono argomenti che ci stanno molto a cuore.

Viviamo in un momento storico in cui l’energia è il focus di numerosi dibattiti e anche per questo sul nostro sito si possono trovare contenuti relativi all’energia circolare e all’energia non rinnovabile.

Perché? Di fatto è grazie all’energia che possiamo svolgere (quasi) tutte le attività della nostra vita.

Quindi, sapere che, per esempio, l’energia circolare riutilizza nel suo processo quelli che altrimenti diverrebbero rifiuti o che l’energia non rinnovabile è spesso la causa principale di danni al pianeta e all’uomo, ci offre un’opportunità.

Il vantaggio di poter scegliere.

Tornando alla pompa di calore, dunque, dobbiamo sapere che questo dispositivo fornisce energia termica.

Caldo o freddo.

Il principio sul quale si basa può sembrare paradossale: per quanto freddo faccia, l’aria dell’ambiente contiene sempre calore.
Il calore dell’ambiente viene prelevato attraverso un dispositivo alimentato da energia elettrica (che può essere anche prodotta da una fonte di energia rinnovabile!) e “pompato” alla stanza che deve essere riscaldata.

Per questo motivo il dispositivo che esegue l’operazione è chiamato pompa di calore.

La sua funzione primaria riguarda il riscaldamento degli ambienti attraverso radiatori, sistemi di riscaldamento a pavimento o convettori ad aria calda.

La pompa di calore può anche essere utilizzata per riscaldare l’acqua da utilizzare in casa, in ufficio o dove occorre.

La maggior parte di questi dispositivi hanno ottime capacità di controllo del clima e possono essere utilizzati anche per rinfrescare gli ambienti “semplicemente” invertendo il processo.

Ma come funziona esattamente una pompa di calore?

Pompa di calore, energia rinnovabile ed efficienza energetica

Per molti aspetti, la pompa di calore assolve alle stesse funzioni dei condizionatori d’aria tradizionali. Si tratta fondamentalmente di un condizionatore che può invertire il suo funzionamento.

In più, secondo la direttiva 2009/28/CE, le elevate prestazioni ottenibili permettono di considerare la pompa di calore una macchina “a fonte rinnovabile”.

Una pompa di calore ad aria, ad esempio, estrae il calore dall’aria esterna al luogo in cui viene utilizzata.  La pompa di calore “a terra” funziona in modo simile, ma prendendo il calore residuo dal terreno o da un corpo idrico esterno e lo sposta all’interno.

Si tratta in ogni caso di fonti rinnovabili.

In generale, questi dispositivi sono valutati in maniera molto positiva per quanto riguarda il livello di efficienza energetica. E’ anche per questa ragione che vengono citati quando si parla di energia sostenibile.

L’efficienza è una delle condizioni fondamentali per la transizione energetica attualmente in atto.

Le pompe di calore hanno sicuramente un impatto sull’ambiente, richiedono elettricità per funzionare, ma non bruciano “direttamente” combustibili e non è detto che l’energia da utilizzare debba essere prodotta da fonti non rinnovabili.

Nella maggior parte dei casi possiamo valutare la pompa di calore come una ottima modalità per ridurre la nostra “impronta di carbonio”.

La tecnologia meccanica che attualmente utilizziamo per le pompe di calore fa riferimento anche al concetto di energia geotermica.

Questo principio viene adoperato fin dall’antichità. Fino ad un certo punto “pompa di calore o energia rinnovabile” non erano riconoscibili come concetti ma sono esistiti esempi pratici del loro utilizzo.

Quando i Romani conquistarono Aquae Sulis (ora Bath, in Inghilterra) nel primo secolo d.C., utilizzarono le sorgenti calde presenti per alimentare bagni pubblici e riscaldamento a pavimento.

Fin dal Paleolitico, in realtà, le sorgenti calde sono state sfruttate per la balneazione. Il centro termale, considerato come il più antico al mondo, risale al III secolo a.C.

Si tratta di una piscina in pietra che si trova in Cina, costruita sulla montagna Lisan durante la dinastia Qin.

Tecnologia alla base della pompa di calore

La refrigerazione artificiale, dimostrata nel 1748 da William Cullen, viene riconosciuta come l’idea che sta alla base del principio scientifico delle pompe di calore.

A Lord Kelvin (1852) si attribuisce il merito di aver sviluppato, poi, il concetto scientifico.

Successivamente, tra il 1855 e il 1857, Peter von Rittinger lavorò su queste basi e costruì il primo sistema a pompa di calore.

Ancora, alcuni anni dopo, Robert C. Webber sviluppò il prototipo della prima pompa di calore a terra.

Webber fu un inventore americano, l’idea della pompa di calore a terra giunse mentre faceva esperimenti su un congelatore.

Accidentalmente si bruciò le mani toccando i tubi in uscita dal sistema di raffreddamento e così decise di capire se la meccanica poteva essere invertita.

Webber provò a collegare le tubazioni di uscita del congelatore ad uno scaldabagno e, visto che il congelatore produceva un eccesso di calore costante, collegò l’acqua riscaldata al circuito di tubazioni.

Le pompe di calore moderne discendono, quindi, da una serie di sperimentazioni e oggi sono in molti a considerare questa tecnologia per il riscaldamento una tra le più efficienti ed economiche.

Pompa di calore ad aria

All’esterno di una pompa di calore ad aria possiamo trovare un sistema di serpentine che ha un refrigerante al suo interno. L’aria esterna viene aspirata tramite un “ventilatore”. Il liquido nelle serpentine assorbe tutto il calore e, poiché si riscalda, inizia ad evaporare.

Questo gas passa poi attraverso un compressore che aumenta la temperatura a seconda delle esigenze.

Una serie di bobine spostano il flusso energetico verso altre bobine interne dove il calore viene rilasciato. Il refrigerante, nel frattempo, dall’esterno raccoglie più calore e il processo ricomincia.

Il calore utile, prodotto, viene pompato nei condotti dell’aria e può essere trasportato in vari punti dell’edificio. Poi è utilizzato per riscaldare l’acqua che alimenta i radiatori.

L’aria esterna non è l’unico posto da cui possiamo attingere calore prezioso per tenere calde le nostre case. L’energia solare immagazzinata nel terreno o nell’acqua può essere utilizzata per far funzionare pompe di calore a terra.

Pompa di calore “geotermica”

Chiamate anche pompe di calore geotermiche, queste hanno un’efficienza diversa rispetto alle pompe di calore ad aria, poiché le temperature che si trovano nel terreno sono generalmente più costanti.

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Il compromesso da tenere presente per la maggiore efficienza delle pompe di calore a terra è che di solito sono più costose da installare in quanto è necessario un notevole lavoro di scavo per posizionare le tubazioni.

Le pompe di calore a terra funzionano in maniera un po’ diversa da quelle ad aria. Abbiamo detto che la loro fonte di calore è ottenuta dal terreno all’esterno o da una risorsa d’acqua.

Questi sistemi utilizzano sia il circuito chiuso per il terreno che le tubazioni ad anello aperto per l’acqua.

Per il circuito chiuso viene utilizzata una certa quantità di refrigerante. Così da ottenere lo stesso tipo di meccanismo della pompa ad aria. Per il circuito aperto, invece, viene utilizzata l’acqua di un pozzo o di un lago. Ma lo scopo della tecnologia utilizzata rimane il medesimo.

Pompa di calore per l’energia rinnovabile: pro e contro

Un componente principale per qualsiasi pompa di calore è il condotto. Questo trasferisce il calore dalla fonte principale ai vari ambienti di un appartamento o di un edificio.

Come dicevamo sopra è questo il problema principale quando si tratta di adattare una casa: la “canalizzazione”. Se l’edificio non era stato strutturato in origine per la pompa di calore.

Strutturare i condotti può rivelarsi in ogni caso un processo invasivo e costoso.

Questo è il motivo per cui viene consigliato di utilizzare pompe di calore mini-split. Queste sono ritenute molto meno problematiche per l’installazione. Soprattutto quando si tratta di un utilizzo domestico.

Una delle iniziative più recenti ed interessati per il mondo della sostenibilità riguarda la “cooperazione” tra tecnologia e pompe di calore. Queste possono essere messe in connessione ai pannelli termodinamici e al fotovoltaico.

Attraverso le moderne tecnologie è possibile, quindi, trasferire sia il calore dell’aria che la radiazione solare per riscaldare l’acqua e gli ambienti.

I pannelli vengono montati generalmente sul lato di una casa. Ma possiamo trovarli anche sul tetto, proprio come avviene per i pannelli solari.

Le pompe di calore possono funzionare tutto l’anno anche alle temperature più basse che fanno parte dei nostri inverni. Soprattutto nei luoghi in cui il clima è abbastanza moderato, come in molte zone d’Italia.

Il problema si presenta, più che altro nel caso di edifici molto vecchi. Il calore prodotto dalle pompe, infatti, è di un livello “inferiore” rispetto ad altri sistemi di riscaldamento.

Ciò significa che gli immobili soggetti a correnti d’aria, spesso non adeguatamente isolati, faranno comunque fatica a mantenere la giusta temperatura ambientale.

Generalmente, questo è un problema che si presenta per qualsiasi fonte di energia. Rinnovabile o non rinnovabile che sia. L’efficienza di una risorsa dipende molto dal luogo in cui viene installata e dal tipo di utilizzo.

Pompa di calore ed energia rinnovabile per la transizione energetica

Risparmiare denaro e ridurre l’impatto, per esempio rispetto all’utilizzo di combustibili, dipende molto dalle circostanze. Per questo oggi esistono incentivi e bonus per l’adeguamento delle abitazioni e degli edifici.

Nel caso delle pompe di calore è possibile accedere anche al “conto termico”, ma è soprattutto “l’adeguamento” che fa la differenza in termini di costo economico ed ecologico.

Le pompe di calore richiedono l’uso di elettricità per poter essere utilizzate e per questo non possono essere tecnicamente definite come energia rinnovabile. Anche se la quantità di energia elettrica necessaria è molto inferiore ai benefici che si possono ottenere da questi dispositivi come risultato finale.

Sono in molti a sostenere che le pompe di calore (innanzitutto ad aria) sono diventate molto più efficienti negli ultimi anni e possono fornire un notevole risparmio sulle bollette e sul costo che l’energia ha per il pianeta.