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Fare efficienza energetica con i sistemi a pompa di calore
10/11/2017
Giampiero Colli

Con gli strumenti di incentivazione e la riforma del sistema tariffario elettrico aumenta anche la convenienza economica dei sistemi di climatizzazione a pompa di calore

ABSTRACT
La tecnologia delle pompe di calore, di cui si illustra il funzionamento e i principali vantaggi derivanti dal suo utilizzo, rappresenta un importante contributo al raggiungimento degli obiettivi della SEN 2017; le pompe di calore sono destinate infatti ad avere un peso crescente nel mix termico rinnovabile.
Esistono quattro tipologie di pompe di calore: aria-aria, aria-acqua, acqua-aria e acqua-acqua. Sono la temperatura della sorgente termica esterna e la sua evoluzione stagionale a determinarne le prestazioni energetiche. Per scegliere una sorgente termica è fondamentale considerare le caratteristiche del sito di installazione e gli aspetti economici.
In quanto tecnologia che impiega energia rinnovabile, la pompa di calore beneficia di due forme di incentivazione: le detrazioni fiscali (in particolare l’Ecobonus) e il Conto termico. È altresì in atto una riforma del sistema tariffario elettrico per gli utenti domestici, volta a rimuovere gli ostacoli all’utilizzo del vettore elettrico.


POMPE DI CALORE: UN IMPORTANTE CONTRIBUTO AL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELLA SEN 2017

Promuovere la diffusione delle tecnologie rinnovabili basso-emissive che hanno raggiunto o stanno raggiungendo la maturità, favorire interventi di efficienza energetica e perseguire una politica d’innovazione per sviluppare ulteriormente le tecnologie esistenti e individuarne di nuove ad alto potenziale sono alcuni obiettivi della Strategia Energetica Nazionale SEN 2017.
Nell’ambito dello sviluppo delle rinnovabili termiche, le pompe di calore, considerato il loro elevato rendimento, sono destinate ad avere un crescente peso nel mix termico rinnovabile, ulteriormente supportato dal progresso tecnologico del settore, mentre le biomasse, storicamente molto sviluppate in Italia, dovranno essere ridimensionate a causa del loro impatto negativo sui livelli emissivi.
Per quanto riguarda l’efficienza energetica, l’obiettivo della SEN 2017 è di favorire le iniziative per la riduzione dei consumi di energia primaria, in particolare nell’ambito residenziale, un segmento di consumo ad alto potenziale in cui gli interventi di efficientamento sono stati fino ad oggi ostacolati dalla scarsa consapevolezza, da parte dei consumatori, dei benefici del risparmio energetico e dall’elevato costo degli investimenti iniziali. Anche qui la tecnologia dei sistemi a pompa di calore può offrire soluzioni interessanti e dare un grande contributo nella riqualificazione del parco immobiliare esistente, non solo residenziale ma anche della Pubblica Amministrazione.

LA TECNOLOGIA DELLE POMPE DI CALORE
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 in numerosi contesti.
Vediamo brevemente di cosa si tratta. La pompa di calore è un’apparecchiatura che, sfruttando un ciclo frigorifero, trasferisce energia termica da un fluido a bassa temperatura (sorgente fredda) a un fluido a temperatura più elevata (sorgente calda), elevandone il livello termico. Tale processo è inverso rispetto a quello che avviene spontaneamente in natura ed è possibile solo fornendo energia alla macchina.
I principali vantaggi ottenibili dall’impiego di una pompa di calore sono la sua elevata efficienza, maggiore rispetto al tradizionale sistema di riscaldamento basato sull’uso di combustibili fossili, e la capacità di fornire più energia di quanta ne impieghi per il suo funzionamento. La pompa di calore richiede, infatti, un apporto di energia pari a circa il 25%, in quanto per il restante 75% è alimentata dal calore gratuito e illimitato presente nell’ambiente. Per questa ragione la Direttiva RES Renewable Energy Sources ha inserito le pompe di calore tra le tecnologie rinnovabili.

Le pompe di calore elettriche a compressione
Le pompe di calore maggiormente diffuse sono quelle alimentate elettricamente. Una pompa di calore elettrica a compressione è costituita 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.
Il circuito di una pompa di calore elettrica a compressione è costituito da: un compressore, un condensatore, una valvola di espansione e un evaporatore. I componenti del circuito possono essere raggruppati in un unico blocco o divisi in due parti (sistemi split) collegate dalle tubazioni nelle quali circola il fluido frigorigeno.


Figura 1 – Ciclo di funzionamento di una pompa di calore elettrica a compressione.

Il fluido frigorigeno, durante il funzionamento, subisce le seguenti trasformazioni:
• compressione: il fluido frigorigeno allo stato gassoso e a bassa pressione, proveniente dall’evaporatore, viene portato ad alta pressione; nella compressione si riscalda assorbendo una determinata quantità di calore;
• condensazione: il fluido frigorigeno, proveniente dal compressore, passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’esterno;
• espansione: passando attraverso la valvola di espansione il fluido frigorigeno liquido si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda;
• evaporazione: il fluido frigorigeno assorbe calore dall’esterno ed evapora completamente.

L’insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo della pompa di calore elettrica a compressione.

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