Alcuni condizionatori d’aria hanno una doppia funzione: azionando un semplice interruttore invertono il ciclo di funzionamento e d’inverno possono riscaldare il locale dove vengono installati. La pompa di calore riesce a trasformare il calore a bassa temperatura contenuto dell’ambiente esterno in calore ad alta temperatura da cedere ai locali da riscaldare. Il calore può essere ceduto all’ambiente attraverso:

• Ventilconvettori, armadietti che contengono tubazioni nelle quali circola l’acqua riscaldata dalla pompa di calore, e ventilatori che inviano l’aria riscaldata nel locale.

• Serpentine inserite nel pavimento, nelle quali circola l’acqua riscaldata dalla pompa di calore.

• Canalizzazioni, che trasferiscono direttamente il calore prodotto dalla pompa di calore ai diversi locali mediante aria in circolazione forzata.

Sorgente fredda e pozzo caldo

• Aria: esterna al locale dove è installata la pompa di calore oppure estratta dal locale stesso. 

• Acqua: di falda, di fiume, di lago quando questa è presente in prossimità dei locali da riscaldare e a profondità ridotta, o accumulata in serbatoi e riscaldata dal sole. 

• Terreno nel quale vengono inserite delle apposite tubazioni per lo scambio termico.

L’aria o l’acqua da riscaldare sono detti “pozzo caldo”. La pompa di calore cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente fredda che l’energia fornita per far funzionare la macchina.

Come funziona

Nell’aria, nell’acqua e nel suolo sono immagazzinate enormi quantità di energia, che si rinnovano continuamente grazie al calore terrestre, alla radiazione solare e alle precipitazioni atmosferiche. Con l’aiuto di un compressore, la pompa di calore può portare questa energia a una temperatura tale da renderla utilizzabile a scopo di riscaldamento. La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, costituito da un compressore, un condensatore, una valvola di espansione e un evaporatore, nel quale circola un fluido frigorigeno.
Con riferimento lo schema in figura, il ciclo di funzionamento è esattamente il contrario di quello di un frigorifero. Con la compressione (A) il fluido aumenta di pressione e temperatura. Il fluido così riscaldato attraversa uno scambiatore di calore (il condensatore) (B). È in questa fase che il fluido cede calore al pozzo caldo passando dallo stato vapore a quello liquido. Il fluido liquefatto e raffreddato attraversa una valvola di espansione (C) da cui ne esce ad una pressione e temperatura molto più bassa. A questo punto il fluido che si trova a temperature molto basse è in grado di assorbire il calore dalla sorgente fredda. Questo avviene nell’evaporatore (D) dove il fluido assorbendo calore passa dallo stato liquido a quello vapore. A questo punto il fluido è pronto a ricominciare il ciclo passando nel compressore.

Applicazioni
L’uso della pompa di calore per climatizzare gli ambienti sia nel settore residenziale che nel terziario è ormai largamente diffuso. Essa viene utilizzata in alternativa ai sistemi convenzionali composti da un impianto refrigerante ed uno di riscaldamento.
La pompa di calore può essere utilizzata anche per riscaldare l’acqua sanitaria. In questo caso sono però necessari serbatoi di accumulo più grandi di quelli impiegati nei scaldacqua elettrici o a gas in quanto la temperatura dell’acqua prodotta non supera i 55°C.

Tipologie di pompe di calore

Le pompe di calore si distinguono in base alla sorgente fredda e al pozzo caldo che utilizzano.
Le più diffuse sono quelle Aria-acqua ma ne esistono anche del tipo:

• Aria-aria
• Acqua-acqua
• Terra-acqua

L’aria come sorgente fredda ha il vantaggio di essere disponibile ovunque; tuttavia la potenza resa dalla pompa di calore diminuisce al diminuire della temperatura della sorgente. Ricordiamo che al di sotto dei 2°C il rendimento della pompa di calore è minimo. Più vantaggioso è l’impiego, come sorgente fredda, dell’aria interna al locale da riscaldare in quanto si trova ad una temperatura più alta di quella esterna. Inoltre, essendo aria viziata deve essere comunque rinnovata. L’acqua come sorgente fredda garantisce le prestazioni della pompa di calore senza risentire delle condizioni climatiche esterne; tuttavia richiede un costo addizionale per le tubazioni. Il terreno come sorgente fredda ha il vantaggio di subire minori sbalzi di temperatura rispetto all’aria. Le tubazioni, se posizionate orizzontalmente, vanno interrate ad una profondità minima da 1m a 1,5m per non risentire troppo delle variazioni di temperatura dell’aria esterna, ed è necessaria una ampia estensione di terreno, da 2 a 3 volte superiore alla superficie dei locali da riscaldare. Se invece le tubazioni vengono posizionate in modo verticale, bisogna scendere a profondità di decine di metri. In entrambi i casi si tratta però di una soluzione costosa.

(fonti: ENEA - op. n 25 - i condizionatori dell'aria:raffrescatori e pompe di calore)