Non è semplice far percepire ad una persona che grazie alla macchina frigorifera è possibile ottenere 3-4-5 volte l’energia che viene fornita.
La prima associazione mentale, nel momento in cui si valuta una soluzione elettrica per la casa, è quella della resistenza elettrica: mi svuoterà il conto in banca.
Per capire il risparmio energetico di queste macchine la definizione più semplice sarebbe:
La Pompa di Calore è una macchina che viene alimentata in parte da energia elettrica (a pagamento) e in parte da energia presente nell’aria (o nell’acqua o terra) per ottenere energia termica per il riscaldamento della casa.
Ma cerchiamo di scoprire insieme tutti gli elementi e i parametri che rendono misurabile il Consumo Energetico e l’efficienza delle Pompe di calore.
A seguire riportiamo le fasi a noi d’interesse di articoli scritti sul Famoso Portale On line ingenio-web.it , testata di riferimento del professionista tecnico.
COSA SIGNIFICANO QUESTI STRANI TERMINI: COP, GUE, EER, INVERTER, POZZO CALDO E FREDDO, TEMPERATURE DI CUT-OFF, ECC.?
La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da una sorgente a temperatura più bassa ad un utilizzatore a temperatura più alta tramite la fornitura di un “lavoro” meccanico o elettrico.
Le principali tipologie di pompe di calore per utilizzo residenziale in funzione della tipologia dell’alimentazione sono:
Pompe di calore elettriche a compressione che sono tra le più diffuse e comprendono anche i condizionatori (split)
Pompe di calore ad assorbimento che sfruttano la solubilità e l’elevata affinità tra due sostanze: una funziona da refrigerante e l’altra da assorbente
Pompe di calore alimentate da motore a combustione interna/esterna che, sfruttando un motore endotermico alternativo a gas naturale, hanno il vantaggio di recuperare parte dell’energia termica contenuta nell’acqua di raffreddamento del motore e, in molti casi, quella contenuta nei gas di scarico per altri scopi (ad esempio la produzione di acqua calda sanitaria).
Il mezzo esterno da cui la pompa estrae il calore è detto pozzo freddo: aria esterna, acqua di falda, terreno, ecc.
L’aria o l’acqua da riscaldare sono detti pozzo caldo.
Uno dei principali parametri richiesti da chi sceglie di utilizzare una pompa di calore (solitamente di tipo elettrico, ovvero a compressione) è la potenza.
A differenza delle caldaie per le quali sulla scheda tecnica ritroviamo una sola tipologia di potenza, per questa tipologia di sistema occorre invece distinguere tra:
– Potenza assorbita: è la potenza (elettrica o di gas) che la pompa utilizza per funzionare
– Potenza resa: è la quantità di calore che la pompa è in grado di fornire (nel periodo invernale) o di assorbire (nel periodo estivo) dall’ambiente climatizzato, ed è questo il parametro che occorre indicare all’interno dei software di calcolo.
Come si misura l’efficienza di una pompa di calore
Altro parametro fondamentale da considerare è l’efficienza della pompa di calore. Anche in questo caso è necessaria qualche precisazione in più rispetto ai sistemi tradizionali.
In generale, l’efficienza di una pompa di calore è data dal rapporto tra la potenza termica resa e l’energia assorbita.
Scendendo più nel dettaglio, quando ci si riferisce al funzionamento invernale, l’efficienza delle pompe di calore elettriche è misurata dal coefficiente di prestazione “COP” (Coefficient Of Performance) i cui valori sono compresi grosso modo fra 3 e 5; le pompe di calore a gas, invece, hanno un indicatore di efficienza specifico, il cosiddetto “GUE” (Gas Utilization Efficiency) compreso indicativamente tra 1,3 e 1,6 e, riferendosi al potere calorifico inferiore del gas metano utilizzato dal bruciatore, non è un parametro confrontabile direttamente con il COP.
Nel funzionamento estivo l’efficienza della pompa è misurata dall’indice “EER” (Energy Efficiency Ratio). In particolare esso indica l’efficienza elettrica della pompa e la sua formulazione è analoga al COP con l’unica differenza che l’EER, riferendosi ai cicli frigoriferi, pone la sua attenzione sul calore asportato dalla sorgente fredda.
In virtù di quanto appena riportato, nel caso in cui sulla scheda tecnica della pompa non sia esplicitamente dichiarato il COP o EER, questo parametro (almeno per le condizioni nominali) può essere tranquillamente ricavato come rapporto tra la potenza termica resa e la potenza assorbita.
Che cos’è l’inverter
Uno dei termini maggiormente utilizzati quando si parla di pompa di calore è “inverter”. Solitamente si fa confusione: quando si parla di una pompa di calore ad inverter ci si riferisce a sistemi reversibili, cioè che possono “invertire” il ciclo di funzionamento al fine di produrre caldo in inverno e freddo in estate. Ma non è così!
L’inverter è un dispositivo elettronico situato all’interno del motore della pompa di calore che permette di modulare la potenza erogata dall’apparecchio in modo automatico in base alla temperatura in ambiente.
Questo meccanismo consente di mantenere, una volta raggiunta la temperatura desiderata, un funzionamento minimo di base, eliminando i continui accensioni e spegnimenti tipici dei sistemi on-off.
Le pompe di calore ad inverter sono più costose rispetto a quelle on-off ma consumano molta energia in meno.
Il coefficiente più conosciuto da chi non è addetto ai lavori è il COP e viene spesso richiesto al momento dell’acquisto.
Di seguito riportiamo un articolo che ci è sembrato di gran valore per capire come funziona e come si misura.
POMPE DI CALORE: APPROFONDIMENTI SUL TERMINE DI EFFICIENZA COP: Quantità di Calore immesso rispetto al Lavoro impiegato.
Per spiegarlo con un concetto più ingegneristico, senza chiamare in causa i Principi Termodinamici, il metodo dei “bacini idrici” è quello più semplice da capire.
l METODO dei “bacini idrici”
Partiamo dal presupposto che il calore tende a trasferirsi spontaneamente da un corpo più caldo ad uno più freddo, come il liquido tende a scendere dall’alto verso il basso per la forza gravitazionale.
威而鋼Fornendo del lavoro è possibile invertire sia il senso del trasferimento del calore (la Pompa di Calore trasferisce calore dall’ambiente esterno a più bassa temperatura a quello interno a più alta temperatura) sia portare l’acqua da un livello più basso ad uno più alto.
Con questo analogia risulta più semplice la comprensione.
Ipotizziamo quindi di avere 3 bacini idrici:
> una piscina a quota 0
> un lago a quota -10m, quindi più basso rispetto alla piscina
> un bacino a quota +100m
L’obiettivo è di riempire la piscina (riscaldare la casa) e reintegrare l’acqua perduta per evaporazione (mantenere calda la casa).
Non esiste il servizio di acquedotto tanto meno energia elettrica della rete.
La prima soluzione che passa per la testa è quella di riempire la piscina con l’acqua del bacino superiore. Ma questa soluzione, benchè risulti semplice, non è quella più efficiente dal punto di vista energetico. Perchè l’acqua del bacino più alto contiene un’energia potenziale che altrimenti viene persa.
La soluzione più efficiente risulta quella di trasformare l’energia potenziale in energia meccanica attraverso una turbina, alla quale collegare una pompa per portare l’acqua del lago nella piscina.
Così facendo, se consideriamo il funzionamento delle macchine come ideale, per ogni litro di acqua che scende dal bacino superiore riusciremo a pompare 10 litri di acqua dal lago alla piscina, a cui aggiungere anche il litro d’acqua che scende.
Quindi se consideriamo il caso ideale senza perdite, con 1 litro reso otteniamo 11 litri nella piscina.
Con questa analogia è possibile collegare tutti quei sistemi il cui livello di temperatura non risulta idoneo per riscaldare direttamente l’ambiente.
Non posso pensare di riscaldare casa utilizzando direttamente il livello termico della fonte di energia (aria, acqua o terra) perchè risulta troppo bassa. Ma utilizzando un sistema a più alta temperatura (come il bacino sopraelevato dell’esempio) è possibile trasferire calore da un ambiente esterno più freddo all”abitazione più calda.
In questo esempio voglio far notare l’importanza dell’energia potenziale del bacino sopraelevato: questo terzo sistema permette di moltiplicare per 10 (nel caso ideale) l’energia resa grazie alla sua trasformazione in lavoro. La stessa cosa avviene nelle Pompe di Calore, dove il gas refrigerante caldo, in uscita dal compressore, rappresenta la fonte ricca di energia termica che permette il trasferimento del calore da un ambiente più freddo (l’evaporatore posto all’esterno preleva calore trovandosi ad una temperatura più bassa dell’aria), ad uno più caldo (il condensatore che trasferisce calore all’acqua tecnica dell’impianto).
Raffreddando l’aria esterna è possibile trasferire calore ad un sistema a più alta temperatura.
Paradossalmente la quantità di energia disponibile raffreddando l’aria esterna è illimitata. Subentrano nella realtà delle problematiche tecniche che limitano questo trasferimento (brinamento, bassa pressione,…).
Quanto esemplificato sembra andare contro la legge di conservazione di energia. Ma bisogna considerare due importanti aspetti:
la quantità di calore prelevata dal sistema più freddo
il lavoro meccanico necessario per fare il trasferimento
Se considero una resistenza elettrica nel caso ideale ottengo 1kWh termico per ogni kWh elettrico.
Con la Pompa di Calore elettrica, grazie alla trasformazione in lavoro dell’energia termica posseduta dal sistema a più alta temperatura, posso ottenere 3-4-5 kWh termici per 1 kWh elettrico.
Infatti dei 3 kWh termici ottenuti 2 derivano dal raffreddamento dell’aria esterna e 1 dal kWh elettrico trasformato direttamente in energia termica.
Semplificando ancora di più, per chi vuole capire perchè le Pompe di Calore moltiplicano per 4 volte l’energia elettrica fornita, a differenza della resistenza elettrica, presentiamo questa illustrazione:
Fornendo 1kWh di energia elettrica e prelevando 3 kWh di energia gratuita dall’aria, grazie alla macchina frigorifera ottengo 4 kWh termici per riscaldare casa, ovvero la somma delle due energie.
Questo articolo è stato elaborando informazioni che trovi sul portale ingenio-web.it, ma potrai trovare innumerevoli articoli riguardo l’efficienza delle Pompe di Calore sul Web.
Speriamo di aver chiarito i principali dubbi che ci vengono rivolti dai clienti della Toscoclima riguardo al risparmio energetico e i coefficienti di efficienza.
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