Come funziona una pompa di calore: il calore non si produce, si sposta
Una caldaia brucia gas per produrre calore. Una pompa di calore non produce calore: lo prende dall’aria esterna, anche d’inverno, e lo porta dentro. La corrente serve solo a farlo muovere, per questo la macchina rende più energia termica di quanta elettrica ne consumi. Quanta di più lo dice il COP, che sulle nostre macchine si legge a display. In Ticino e nel resto della Svizzera italiana la chiamano termopompa.
Il trasporto lo fa un refrigerante che gira in un circuito chiuso e passa per quattro tappe. Le spieghiamo con la Kita Air che scalda un capannone.
01
Le quattro tappe del refrigerante
1. Evaporazione. Nella batteria alettata dell’unità esterna il refrigerante entra più freddo dell’aria. Evapora, come l’acqua che bolle, e mentre evapora assorbe il calore dell’aria che il ventilatore gli fa passare attraverso. Funziona anche sotto zero: basta che il refrigerante sia più freddo dell’aria.
2. Compressione. Il compressore aspira il gas e lo comprime: pressione e temperatura salgono, fino a renderlo molto più caldo dell’aria del capannone.
3. Condensazione. Il gas caldo arriva all’unità interna e cede il suo calore all’aria che il ventilatore soffia verso il basso, dove si lavora. Cedendo calore torna liquido.
4. Espansione. Il liquido torna all’unità esterna e passa nella valvola di espansione: perde pressione, si raffredda ed è pronto a evaporare di nuovo. Sulle nostre macchine la valvola è sempre elettronica. La comanda la scheda di bordo, che legge le sonde e fa entrare nella batteria esattamente il refrigerante che riesce a evaporare, momento per momento. Una valvola meccanica non segue con la stessa precisione i cambi di temperatura e di carico.
Nello schema il compressore è disegnato in alto per chiarezza. Nella macchina sta nell’unità esterna, insieme alla batteria e alla valvola.
02
D'estate il giro si inverte
La stessa macchina raffresca. Le due batterie si scambiano il mestiere: quella interna prende calore dal capannone, quella esterna lo butta fuori. Perché un condizionatore che d’inverno fa anche caldo non è una pompa di calore lo abbiamo spiegato nella pillola sul condizionatore.
03
Perché rende meno quando fa più freddo
Il compressore fatica tanto di più quanto è grande il salto fra la temperatura a cui il refrigerante evapora fuori e quella a cui condensa dentro. Con l’aria a -7 °C il salto è più grande che a +7 °C, e il COP scende. È la legge che Carnot ha scritto due secoli fa: nessuna macchina vera raggiunge il suo limite, ma l’andamento è quello.
Per questo una pompa di calore non si giudica dal COP di targa, ma da cosa fa d’inverno. Contano la batteria e il compressore:
- una batteria grande, che fa evaporare il refrigerante vicino alla temperatura dell’aria, come spiegato nella pillola sulle alette;
- un compressore fatto per salti grandi, come spiegato nella pillola sui compressori scroll.
04
Lo sbrinamento: solo quando serve
D’inverno la batteria esterna lavora sotto zero e l’umidità dell’aria ci si deposita sopra come brina. Finché la brina è poca la macchina scalda normalmente. Quando la batteria si riempie, l’aria non passa più e la macchina deve sciogliere il ghiaccio, prendendo calore dal capannone.
Molte pompe di calore sbrinano a orario, ogni tot minuti, oppure appena la batteria scende sotto una certa temperatura. Così sbrinano anche quando la batteria è quasi pulita, e ogni sbrinamento inutile è calore portato via all’edificio e tempo in cui la macchina non scalda.
Le nostre sbrinano solo quando serve davvero: quando la batteria è piena di brina e lo scambio di calore con l’aria è sceso sotto una certa soglia. Lo misura la scheda di bordo, non un orologio. È il nostro sistema di sbrinamento, brevettato. Più spazio fra le alette significa anche più brina prima di arrivare a quella soglia, e quindi meno sbrinamenti, come spiegato nella pillola sullo sbrinamento.
05
Domande frequenti
Come funziona una pompa di calore, in parole semplici?
Non produce calore: lo prende dall’aria esterna e lo porta dentro con un refrigerante che evapora, viene compresso, condensa e si espande in un circuito chiuso. La corrente serve solo a farlo muovere.
La pompa di calore funziona sotto zero?
Sì: basta che il refrigerante nella batteria esterna sia più freddo dell’aria. Quando fa più freddo il salto di temperatura cresce e il COP scende.
Perché la pompa di calore rende meno quando fa freddo?
Il compressore fatica tanto di più quanto è grande il salto fra la temperatura a cui il refrigerante evapora fuori e quella a cui condensa dentro: con l’aria a -7 °C il salto è più grande che a +7 °C.
La stessa pompa di calore raffresca d’estate?
Sì: il giro si inverte e le due batterie si scambiano il lavoro. Quella interna prende calore dagli ambienti, quella esterna lo butta fuori.
Vedi anche: Pompa di calore con i termosifoni: funziona? Sì, e con il propano meglio · Quanto consuma una pompa di calore: al giorno, all’anno e per taglia, con i numeri delle schede · COP della pompa di calore: cos’è, come si misura e perché nella nebbia non è più lo stesso · La migliore pompa di calore aria-acqua: le 10 cose da guardare prima di comprare · Raffrescamento con la pompa di calore: a pavimento o con i ventilconvettori, quanto rende e cosa serve · Pompa di calore geotermica o aria-acqua: consumi, costi e durata a confronto
Tutte le pillole del termotecnico sono nella pagina della rubrica. La prossima fra due settimane.
