Pompe di Calore

Una Pompa di Calore (PdC) è una macchina in grado di trasferire calore da un livello di temperatura inferiore ad uno superiore, con una spesa di lavoro meccanico, al fine di ottenere le condizioni di temperatura desiderate nell’ambiente da climatizzare.

Sono macchine che operano in un ciclo termodinamico sfruttando le caratteristiche fisiche di un fluido termovettore (refrigerante) e trasferiscono energia termica tra il fluido e la sorgente da cui attingono il calore.

Mediante somministrazione di lavoro dall’esterno la PdC è quindi in grado di assorbire una quantità di calore da una sorgente a bassa temperatura e di cedere la stessa quantità ad un livello termico maggiore.

l’efficienza delle pompe di calore, il cui valore è definito dal Coefficiente di effetto utile COP (Coefficient of Performance), è influenzata in maniera significativa dalla differenza tra la temperatura dell’ambiente interno e quella della sorgente esterna.

Affinchè il COP sia il più alto possibile, condizione fondamentale per ottenere la massima resa con il minor consumo, la differenza tra le due temperature di funzionamento deve essere la più piccola possibile.

In pratica la temperatura inferiore dovrà essere la più alta possibile e quella superiore la più bassa possibile.

Le conclusioni a cui portano queste considerazioni sono le seguenti:

  1. E’ opportuno abbassare decisamente la temperatura del fluido al quale si deve fornire calore pertanto i radiatori ad acqua calda, che necessitano di acqua ad alta temperatura (70-75°C), dovrebbero essere sostituiti da sistemi radianti o ad aria funzionanti a bassa temperatura (30-45°C).
 
  1. Sarebbe auspicabile lo sfruttamento di una sorgente termica, da cui estrarre calore, diversa dall’aria esterna comunemente utilizzata perché, oltre ad avere delle notevoli oscillazioni stagionali alle nostre latitudini, nel periodo invernale la sua temperatura risulta essere tanto più bassa quanto maggiore è la richiesta di calore per riscaldare.

La terra è una buona sorgente perché la temperatura del suolo è relativamente stabile, soprattutto se la profondità è superiore a 6 o 7 metri.

A questa profondità l’influenza dell’escursione stagionale è praticamente trascurabile.  La temperatura del suolo imperturbato difficilmente scende sotto i 5°C ed è quindi possibile estrarre calore senza il rischio di congelamento.

Le macchine termiche che sfruttano il terreno come sorgente di calore esterna sono dette Pompe di Calore geotermiche (GSHP Ground Source Heat Pump).

Dal punto di vista termodinamico l’aria esterna si dimostra essere una sorgente termica sfavorevole tuttavia, data la sua facile disponibilità e lo sviluppo delle moderne tecnologie, l’utilizzo di PdC geotermiche risulta necessario solo in condizioni estreme.

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Una semplice e intuitiva analogia è costituita dall’esempio idraulico sottostante in cui si osserva come l’acqua si riversi naturalmente dal serbatoio posizionato in alto a quello sottostante, mentre al contrario, per trasferire la massa d’acqua dal bacino a valle a quello a monte è necessario disporre di una pompa, con spesa di energia elettrica.

 
 
Bacino a monte = sorgente ad alta temperatura (calda)
 
Bacino a valle = sorgente a bassa temperatura (fredda)
 
Quota del bacino a monte = temperatura della sorgente calda
 
Quota del bacino a valle = temperatura della sorgente fredda
 
Pompaggio da valle a monte = Pompa di Calore per la climatizzazione
 
 

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