Pompe di Calore Aria-Aqua

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Cosa è una Pompa di calore

Una delle domande più frequenti che mi vengono rivolte è: cosa è il COP ?
Vorrei ora dare con questo mio articolo alcune informazioni sulle pompe di calore.
Il COP o (Coefficent Off Performance) è l’unità di misura con cui si stabilisce il coefficiente di resa di una Pompa di Calore.
Un COP = 3 indica che 1 Kw elettrico viene trasformato in 3 Kw Termici.
Ma non dimentichiamo mai Che tutto è rapportato anche ad una unità di Tempo.
Infatti è più esatto di parlare di Kw/h , sia elettrici che termici.
L’energia elettrica si paga in Kw/h, l’energia termica si misura in Kw/h, quindi c’è sempre l’unità di misura del tempo, oltre a quella dell’energia.

Il COP comunque è un termine relativamente Nuovo .
infatti si è diffuso come unità di misura con l’avvento e la diffusione delle Pompe di Calore a metà degli anni 70.
Infatti la Pompa di Calore è l’unica tecnologia capace di produrre più energia di quella prelevata.
Oggi con le ultime generazioni di Pompe di Calore siamo arrivati a COP di 4,5
Quindi una pompa di calore che consuma 1 Kw di energia elettrica produce 4,5 Kw di energia Termica.

Per andare avanti con la spiegazione debbo prima soffermarmi un po’ sul principio di funzionamento di un impianto frigorifero e spiegare come fanno le pompe di calore ad essere delle Over Unit, cioè produrre più energia di quella che prelevano.

La pompa di calore si potrebbe anche chiamare frigorifero che lavora in maniera inversa, cioè invece di produrre il freddo produce il calore.
Infatti anche il frigorifero di casa produce calore, ma nella parte esterna retrostante, dove troviamo una serpentina di colore nero, che al tatto si presenterà calda.

Un impianto frigorifero sarebbe più esatto chiamarlo impianto che sottrae calore, anziché impianto che produce il freddo.
Sotto vediamo uno schema semplificato di un circuito frigorifero

  • 1- Condensatore
  • 2- Organo di Laminazione
  • 3- Evaporatore
  • 4- Compressore

Questi sono i 4 elementi che compongono un circuito frigorifero o Pompa di Calore.

Come vediamo è un circuito chiuso dove viene fatto circolare un particolare Gas

Il Freon tramite un compressore viene compresso e fatto salire di pressione  poi lo stesso gas compresso viene riportato giù di pressione tramite l’organo di laminazione, che è una strozzatura o capillare, o una valvola di espansione.

Dopo essere laminato il gas si espande nell’evaporatore dove cambierà pressione e stato, infatti nel circuito di bassa pressione il freon ritornerà allo stato gassoso, mentre nel circuito di alta pressione il freon sarà allo stato liquido.

Ora per un principio di fisica ad ogni pressione di un determinato Gas corrisponde una determinata temperatura, avremo quindi nel circuito di alta pressione il calore e nel circuito di bassa pressione il Freddo.

Immaginiamo ora di chiudere il lato freddo dell’impianto in un box coibentato e lasciare il lato caldo all’aperto, abbiamo creato un frigorifero.

Se invece facciamo l’inverso e chiudiamo il lato caldo in un box ed il lato freddo lo lasciamo all’aperto abbiamo creato una pompa di calore.

Ma il COP sarà di 1 a meno che, non introduciamo un fattore nuovo, che modifica il modus operandi del circuito frigorifero ed alteri le sue pressioni interne e le relative temperature, come?

Installeremo l’evaporatore freddo all’esterno della nostra casa e lo doteremo di un ventilatore che faccia passare l’aria esterna in maniera forzata attraverso di esso ed innalzi la sua normale temperatura di espansione.

Facendo questo di conseguenza si innalzerà anche la pressione e la temperatura nel lato di alta pressione, cioè nel condensatore caldo posizionato dentro la nostra casa creando un apporto di calore aggiunto praticamente a costo zero.

Pompa di Calore Condensata ad Aria

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Abbiamo prelevato il calore relativo dall’esterno e trasferito all’interno della nostra casa tramite il variare della pressione e di conseguenza della temperatura del freon.

Vorrei ora soffermarmi un momento sul termine calore relativo, relativo a cosa, relativo alla temperatura di espansione di un determinato tipo di Freon, perché se abbiamo una temperatura dell’aria esterna di -8° direte voi, ma quale calore andiamo a recuperare!

Se la temperatura di espansione nell’evaporatore del freon R32 è di -18° ed andiamo a surriscaldarla con una temperatura dell’aria di  -8° avremo un Delta di temperatura di ben 10° che andranno ad innalzare la  pressione e di conseguenza la temperatura nel condensatore portandolo a temperature di 60/ 70°

Abbiamo quindi pompato calore dentro la nostra casa, da qui il termine Pompa di Calore.

In pratica La pompa di calore è un amplificatore di calore, più viene surriscaldato l’evaporatore esterno freddo, maggiormente verrà surriscaldato il condensatore interno.

L’evaporatore ed il condensatore sono termini tecnici per descrivere due cosiddetti radiatori alettati, come quelli della nostra Automobile.

Uno si chiama condensatore perché il freon verrà Condensato (Compresso) sino a portarlo allo stato liquido, mentre l’altro si chiama evaporatore perché il Freon verrà abbassato di pressione ed espanso nell’Evaporatore (perché qui evapora) e torna allo stato gassoso.

In Fisica ad una determinata pressione corrisponde sempre una determinata temperatura e questo rapporto varia a seconda del gas  adottato. Quindi alterando la temperatura e pressione sul lato evaporatore del nostro circuito di conseguenza alteriamo la pressione e temperatura sul lato condensatore.

Le pompe di calore si dividono in diverse categorie che sono

ARIA-ARIA

Preleva calore dall’aria “esterna” e lo trasferisce all’aria “interna”, e sono prerogativa dei climatizzatori comunemente chiamati “Split” ad espansione diretta

ARIA-ACQUA

Preleva calore dall’aria esterna e lo trasferisce ad un circuito idraulico interno.

TERRA-ACQUA

Preleva il calore dal sottosuolo e lo trasferisce internamente ad un circuito idraulico questa tipologia di pompa di calore viene comunemente chiamata Geotermica.

ACQUA-ACQUA

Preleva il calore da un bacino esterno e lo trasferisce ad un circuito idraulico interno.

In questa sessione approfondiremo le Pompe di Calore Aria-Acqua, che sono le più utilizzate nel settore della climatizzazione domestica.
Anche queste pompe di calore si suddividono in vari sotto prodotti e sono

  • 1- Monoblocco da cablare
  • 2- Splittate da cablare
  • 3- Splittate cablate

Il termine cablare vuol dire da “assemblare” in loco e creare una centrale termica che servirà la nostra casa.
Tutte queste pompe di calore hanno poi varie taglie di potenza, varie taglie di serbatoi ecc. e dovranno essere dimensionate da un termotecnico in base le caratteristiche della Casa.

Monoblocco da Cablare

Splittate da Cablare

Splittata Cablata

Cosa vuol dire Cablata, e da cablare.

Cablato vuol dire circuito assemblato completo di tutto pronto all’uso, viceversa da cablare vuol dire che occorre fare il circuito idraulico con tutti gli accessori di contorno per rendere funzionale la Centrale termica.

Sopra vediamo una centrale termica con pompa di calore Aria-Acqua che utilizza il modello splittato assemblata sul posto. Come vediamo l’impianto si presenta completo di tutti gli accessori di contorno, quali valvole, pompe, collettori, sistemi di controllo, sistemi di sicurezza, cablaggio idraulico ed elettrico.

Solo ora sarà una centrale termica funzionale, ma per arrivare a questo livello occorre tutto un lavoro preliminare di progettazione con il quale stabilire il dimensionamento ed il cablaggio dell’impianto nel suo insieme.

Questo sarà il nostro ruolo, oltre alla realizzazione dell’impianto la taratura ed il collaudo.

 

 

Esempio di centrale termica cablata partendo da una splittata da cablare.

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