Perché il ciclo di funzionamento della Pompa di Calore ricorda la respirazione del corpo umano
La pompa di calore elettrica è un sistema ecologico ed efficiente per riscaldare la tua casa.
Lo fa estraendo il calore dall’aria esterna e trasferendolo all’interno dell’abitazione, rendendo questa meraviglia della tecnologia non solo più efficiente rispetto ad altre forme di riscaldamento…
…ma anche più amica dell’ambiente, perché non ti costringe a bruciare combustibili fossili come gas o gasolio in una caldaia, producendo inquinamento.
Inoltre, nella modalità invertita, può anche raffrescare la casa, in modo analogo ad un frigorifero che lavora per mantenersi fresco all’interno.
In questo articolo ti spiego il principio di funzionamento base di una Pompa di Calore e quali sono i principali componenti legati ad esso.
(Se stai cercando come risolvere un problema classico come i troppi sbrinamenti della tua Pompa di Calore, ti consiglio QUESTO articolo.)
Sai una cosa? Possiamo considerare il calore che portiamo da una parte all’altra del sistema quasi come l’ossigeno del corpo umano…
In effetti, se mi ricordo le puntate di Siamo fatti così che guardavo da bambino:
- l’ossigeno entra nel corpo attraverso i polmoni
- poi viene trasportato dal sangue a tutti gli organi e alle cellule che ne hanno bisogno
- per circolare ha bisogno che il cuore lo spinga con una certa pressione attraverso arterie, vene e capillari
- il sangue cede l’ossigeno e immagazzina CO2
- infine ritorna ai polmoni per liberarsene e “fare il pieno” di ossigeno.
Beh, il principio di funzionamento della Pompa di Calore elettrica è davvero molto simile.
Perché questo sistema di riscaldamento (e raffrescamento) funzioni al massimo delle prestazioni, è necessario che le sue quattro componenti principali (più una) siano in perfetta efficienza. Si tratta di:
- compressore
- condensatore
- valvola di laminazione
- evaporatore
- Extra: il fluido refrigerante
Vediamo uno ad uno questi componenti primari della Pompa di Calore e continuiamo il paragone con il corpo umano.
Il principio è valido per ogni tipo di Pompa di Calore: aria-aria, aria-acqua, per quelle geotermiche ecc.
Metto le mani avanti: in questo articolo userò termini super-semplificati per facilitare la comprensione, a discapito della precisione tecnica. Ma voglio che questo argomento un po’ complesso sia comprensibile anche da chi mette il naso per la prima volta nel mondo delle Pompe di Calore.
Detto ciò, veniamo a noi. Ma parto dal quinto punto, il fluido refrigerante, perché è il vero protagonista del ciclo di funzionamento della Pompa di Calore.
Cos’è il Fluido Refrigerante della Pompa di Calore elettrica
Il fluido refrigerante è una sostanza che rimuove il calore da un ambiente, assorbendolo, per trasferirlo altrove.
Se il calore è l’ossigeno della nostra metafora, allora il fluido refrigerante è paragonabile al sangue.
Infatti, come il sangue immagazzina e cede ossigeno nel nostro corpo, così il fluido refrigerante immagazzina e cede il calore nei luoghi e nei momenti opportuni.
Il suo scopo è cedere calore all’ambiente che vogliamo riscaldare, ma anche “rubare” calore all’ambiente che vogliamo raffrescare.
In base alle condizioni di temperatura e pressione in cui si trova, può essere in uno stato liquido oppure gassoso (cioè vapore). Il fluido refrigerante, passando da liquido a gassoso e viceversa, assorbirà o rilascerà il calore in modo ciclico.
Il suo movimento all’interno del circuito è dovuto all’azione del compressore.
A cosa serve il Compressore della Pompa di Calore elettrica
Il compressore è il cuore di una pompa di calore. Fa circolare il fluido refrigerante avanti e indietro per il circuito, in un ciclo continuo.
Un motore elettrico aziona il nostro compressore, che comprime il fluido refrigerante nel circuito alzandone pressione e temperatura.
Per avere un’idea di questo fenomeno fisico, prova a tappare con un dito il foro di una pompa da bicicletta: più spingi per gonfiare, più il tuo dito sentirà calore.
Creando una differenza di pressione nel circuito, il compressore manda in circolo il fluido refrigerante.
In altri termini, il “furto di calore” all’ambiente esterno avviene ad opera del refrigerante che – grazie al compressore – si muove nel circuito passando da stato liquido a stato gassoso.
Più o meno, è come il sangue che circola grazie alla spinta del cuore.
Pompa di Calore elettrica: cos’è il Condensatore
Il condensatore è un componente chiave composto da scambiatori di calore: in parole povere sarebbe una serpentina di tubi grazie ai quali il fluido rigenerante scambia il calore con l’esterno.
Ma non confonderti: non intendo “con il MONDO esterno”! Il condensatore è DENTRO CASA, nella centrale termica.
Il fluido refrigerante scorre attraverso questi tubi arrivando dal compressore. Dentro il condensatore passa dallo stato gassoso a quello liquido rilasciando calore all’esterno.
Questo cambio di stato, da gassoso a liquido, è la diretta conseguenza del lavoro del compressore. L’aumento di pressione generato dal compressore aumenta la temperatura del fluido che, giunto nel condensatore, cede calore all’ambiente da riscaldare.
(Ecco perché questo componente si chiama “condensatore”: perché al suo interno il “gas” condensa, ritornando liquido.)
E dove finisce il calore rilasciato? È usato per riscaldare l’acqua di casa, quindi sia quella che usiamo per lavarci che quella che scalda i radiatori o le serpentine del pavimento radiante.
Nella nostra metafora da “Siamo fatto così”, corrisponde all’ossigeno che arriva ad alimentare le cellule dell’organismo, cioè finalmente arriva a destinazione proprio come il calore arriva a scaldarci le ossa.
Ora, dopo il passaggio nel Condensatore, il nostro fluido refrigerante si trova allo stato liquido. Qual è il passaggio successivo?
La Valvola di laminazione della Pompa di Calore elettrica
La sua funzione è tenere separato il circuito di condensazione (caldo) dal circuito di evaporazione (freddo). La pressione differente nei due circuiti fa in modo che il nostro liquido refrigerante sia liquido o gassoso.
Attraversando la Valvola di laminazione il fluido refrigerante liquido passa nel circuito di evaporazione dove si raffredderà, si espanderà e ritornerà gassoso (almeno in parte).
La valvola di laminazione, in questo procedimento, riporta il fluido stesso a bassa pressione per poi convogliarlo all’evaporatore.
L’Evaporatore: il “polmone” della Pompa di Calore elettrica
L’evaporatore è in pratica l’opposto del condensatore, sebbene entrambi siano scambiatori di calore e servono allo scambio di energia termica.
Dentro l’evaporatore circola il nostro fluido refrigerante, sempre più freddo della temperatura esterna. Per essere precisi, qui arriva freddo (cioè senza calore) e a bassa pressione grazie al passaggio precedente attraverso la valvola di laminazione.
In pratica, nella nostra metafora è come il sangue “povero di ossigeno” e “carico di CO2”. Qui il fluido rigenerante è “povero di calore” e “carico di freddo”.
Ora, se i nostri polmoni prelevano ossigeno dall’ambiente e lo trasferiscono al sangue, in modo analogo…
…l’evaporatore preleva il calore dall’ambiente esterno e lo trasferisce al refrigerante, facendolo evaporare. Insomma, dentro l’evaporatore il nostro fluido refrigerante torna gassoso.
Ricorda: il calore si trasferisce sempre da qualcosa di caldo verso qualcosa di freddo…
Siccome il fluido che circola dentro l’evaporatore è più freddo dell’aria esterna (anche in pieno inverno) è sempre capace di “rubare” un po’ di calore dall’ambiente.
Quindi il fluido refrigerante sottrae calore da fuori, si riscalda e torna nel compressore dove verrà ulteriormente riscaldato. E così via, il ciclo ricomincia.
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A presto,
Ing. Samuele Trento
P.S.
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