Rubrica: Energia
Titolo o argomento: Prelevare calore per trasportarlo dove occorre
La pompa di calore è una macchina a fluido capace di trasferire (pompare) calore sottraendolo da un ambiente a temperatura più bassa (sorgente fredda) per cederlo ad un altro a temperatura più alta (pozzo caldo). Il principio con il quale essa opera è il medesimo del frigorifero e del condizionatore d’aria. L’anima della pompa di calore consiste in un circuito chiuso (composto da quattro organi principali che vedremo tra poco) entro il quale evolve un fluido detto frigorigeno. Detto fluido, a seconda delle condizioni di temperatura e pressione alle quali si trova, assume lo stato di vapore (che per essere raggiunto richiede l’assorbimento di calore dall’ambiente a temperatura più bassa) o di liquido (che per essere riottenuto implica di cedere calore all’ambiente a temperatura più alta). Affinché le condizioni di pressione e temperatura del fluido mutino come previsto esso viene ciclicamente compresso ed espanso secondo un ciclo che vedremo nel dettaglio di seguito.
Gli organi che compongono il circuito chiuso sono un compressore, un condensatore, una valvola di espansione ed un evaporatore. Il condensatore e l’evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, ovvero tubi posti a contatto con un fluido di servizio (acqua o aria) nei quali scorre il fluido frigorigeno. Questo sottrae calore all’evaporatore e lo cede al condensatore. I componenti del circuito possono essere sia raggruppati in un unico blocco, sia divisi in due parti (sistemi “SPLIT”) raccordate dai tubi opportunamente isolati nei quali circola il fluido frigorigeno. Le trasformazioni che subisce il fluido frigorigeno all’interno del circuito, al fine di prelevare calore dalla sorgente fredda per trasferirlo al pozzo caldo, sono le seguenti:
Evaporazione
Mediante un evaporatore (scambiatore di calore) il fluido frigorigeno assorbe calore dall’ambiente esterno (sorgente fredda) ed evapora completamente. L’ambiente esterno può essere la terra, l’aria o l’acqua. Vedi pressioni e temperature in gioco sullo schema riportato in basso, cliccandovi sopra si avvia una interessante animazione.
Compressione
Il fluido frigorigeno proveniente dall’evaporatore si trova allo stato gassoso in condizioni di bassa pressione. Tramite il compressore il fluido viene portato ad alta pressione, l’energia termica per unità di volume aumenta e di conseguenza la temperatura del fluido stesso aumenta. Vedi pressioni e temperature in gioco sullo schema riportato in basso, cliccandovi sopra si avvia una interessante animazione.
Condensazione
Il fluido frigorigeno proveniente dal compressore, in condizioni di alta pressione e temperatura, passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’esterno. Vedi pressioni e temperature in gioco sullo schema riportato in basso, cliccandovi sopra si avvia una interessante animazione.
Espansione
Attraverso la valvola di espansione il fluido frigorigeno liquido si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda. Il ciclo è pronto per ricominciare. Vedi pressioni e temperature in gioco sullo schema riportato in basso, cliccandovi sopra si avvia una interessante animazione.
L’insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo della pompa di calore. L’energia per il compimento del ciclo viene fornita dal compressore (il quale a sua volta è alimentato dalla rete elettrica convenzionale o da un impianto fotovoltaico o da un sistema di accumulo dell’energia, ecc.) al fluido frigorigeno il quale, all’interno dell’evaporatore, assorbe calore dal mezzo circostante e, tramite il condensatore, lo cede al mezzo da riscaldare. Cliccando sull’immagine viene avviata una interessante animazione comprensiva di didascalie.
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Fonte principale: ENEA
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