Pompe di calore: parte teorica, parte applicativa

L’evoluzione tecnologica della caldaia è stata sempre tesa a raggiungere i limiti dettati dal primo principio della termodinamica. Li ha finalmente raggiunti e apparentemente (solo apparentemente!) superati con la caldaia a condensazione. L’evoluzione tecnologica della pompa di calore è invece tesa a raggiungere i limiti dettati dal secondo principio della termodinamica. Sappiamo che non li raggiungerà mai; in compenso ha fatto molta strada dal lontano 1852, quando Lord Kelvin, uno dei padri della Termodinamica, ne ha ufficialmente indicato le grandi potenzialità. Oggi è senza dubbio il sistema più efficiente nel trasformare l’energia per il riscaldamento. La diffusione a livello mondiale della pompa di calore è da alcuni anni in grande crescita, contendendo nei paesi nordici quote di mercato alla tradizionale caldaia. Risulta quindi sorprendente il ritardo ad una larga diffusione in Italia, tanto più che nei nostri climi risulta spesso preziosa la sua capacità di fornire un servizio completo, inverno ed estate. Probabilmente molti potenziali utenti e non pochi progettisti ed installatori pensano alla pompa di calore come un semplice sistema split con valvola di inversione estate/inverno. Invece è un sistema complesso che può servire l’utenza monofamiliare ma anche l’edificio condominiale (e nel Nord Europa perfino il teleriscaldamento urbano!). La pompa di calore si deve interfacciare con una sorgente fredda e questa può essere l’aria esterna, ma anche acqua di falda, il terreno, il recupero termico fino ad immaginare un funzionamento con integrazione nei confronti di fonti di energia rinnovabile come il solare termico o fotovoltaico. Questo aspetto rende il progetto dell’impianto sistematicamente più impegnativo rispetto a quello di un impianto di riscaldamento tradizionale. Si devono operare molte scelte importanti, da quella della sorgente a quella delle temperature e dei corpi scaldanti, delle portate, delle regolazioni senza dimenticare la contemporanea preparazione dell’acqua calda sanitaria. Il costruttore di pompe di calore può fare molto per la sua parte per la realizzazione di un ottimo impianto, ma non basta un’eccellente pompa di calore per ottenere un buon impianto a pompa di calore. Il progettista deve conoscere bene quali siano i punti di forza di queste macchine e al tempo stesso i limiti da non superare o da considerare con attenzione, ad esempio nei confronti delle temperature operative, o delle caratteristiche della sorgente fredda, o del dimensionamento dei sistemi di scambio termico. Si può dire che non esista o quasi un progetto standard da replicare con poche varianti, ma ogni progetto richieda un impegno diretto dei tecnici per sfruttare al meglio le potenzialità del riscaldamento termodinamico. Il libro considera prima di tutto gli aspetti teorici del funzionamento della pompa di calore a partire dai componenti fino ad arrivare ai parametri di prestazione e alle tecniche di dimensionamento dell’impianto. Lo studio si riferisce sia alle pompe di calore elettriche che a quelle a gas, con motore a c.i. o ad assorbimento. Segue un’ampia parte applicativa che considera le problematiche della sorgente aria e di altre sorgenti, fra cui in particolare quella geotermica per la quale viene proposto un metodo di dimensionamento. Vengono analizzati anche gli aspetti relativi alla produzione dell’acqua calda sanitaria e all’utilizzazione delle fonti rinnovabili. Un’ampia appendice tratta il dimensionamento di pavimenti e soffitti radianti, cioè di quei sistemi a bassa temperatura che ben si accoppiano con le pompe di calore.