Per poter far evaporare un liquido, è necessario fornire energia. Questo può essere osservato molto bene con l’acqua. Se una pentola d'acqua viene riscaldata a 100 gradi Celsius (viene convogliata energia termica), l'acqua inizia ad evaporare. Se poi viene convogliata più energia termica, la temperatura dell'acqua non aumenta ulteriormente. Invece, l'acqua viene completamente convertita in vapore.
Funzionamento della pompa di calore
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Sintesi degli argomenti
Come funziona una pompa di calore?
Una pompa di calore funziona in modo simile a un frigorifero, quasi, ma solo al contrario. Mentre un frigorifero estrae energia termica dal cibo, cioè dall'interno del frigorifero, e la conduce all'esterno, una pompa di calore funziona al contrario: estrae energia termica dall'ambiente esterno all'edificio e la rende utilizzabile per il riscaldamento all'interno. Oltre all'aria interna o esterna, una pompa di calore è in grado di prelevare l'energia termica dalle falde acquifere e dal suolo. E poiché la temperatura del calore ottenuto in questo modo di solito non è sufficiente per riscaldare un edificio o produrre acqua calda, viene utilizzato il processo termodinamico.
Il ciclo di refrigerazione o è il cuore del principio della pompa di calore
Indipendentemente dalla fonte di calore utilizzata per generare calore, il circuito di raffreddamento, che si svolge in quattro fasi, fa sempre parte della modalità di funzionamento della pompa di calore.
Se un gas, ad esempio l'aria, viene compresso (la pressione aumenta), aumenta anche la temperatura. Tutto ciò si può sperimentare se si chiude l'apertura di una pompa dell'aria della bicicletta e si comprime l'aria: il cilindro della pompa dell'aria si riscalda.
Poiché l'energia non può essere dispersa, quando il vapore acqueo si condensa, l'energia termica precedentemente utilizzata per l'evaporazione viene nuovamente rilasciata.
Se la pressione di un liquido pressurizzato viene improvvisamente ridotta, la temperatura scende nettamente. Questo può essere osservato, ad esempio, nel caso di una bombola di gas liquido per un fornello a gas da campeggio. Se la valvola è aperta, anche in estate può formarsi del ghiaccio sulla valvola della bombola del gas liquido. (Qui la pressione viene ridotta da circa 30 bar a 1 bar.)
Ripetizione costante del processo
Questi processi hanno luogo all'interno della pompa di calore in un circuito chiuso. Per trasportare il calore viene utilizzato un liquido (refrigerante) che evapora già a temperature molto basse. Per far evaporare questo liquido viene utilizzata energia termica, ad esempio dal suolo o dall'aria esterna. Anche temperature di meno 20 gradi Celsius sono sufficienti per questo. Il vapore freddo del refrigerante, ad esempio -20 gradi Celsius, viene quindi compresso in modo molto forte. Si riscalda fino a una temperatura di 100 gradi Celsius. Questo vapore del refrigerante viene condensato e cede calore al sistema di riscaldamento. La pressione del refrigerante liquido viene quindi notevolmente ridotta. La temperatura del liquido scende al livello iniziale. Il processo può ricominciare.
Principio della pompa di calore utilizzando l'esempio di una pompa di calore aria-acqua
Questo processo può essere spiegato nel modo più semplice utilizzando l'esempio di una pompa di calore aria-acqua: una pompa di calore aria-acqua può essere composta da una o due unità. In entrambi i casi, un ventilatore integrato aspira attivamente l'aria ambiente e la trasmette a uno scambiatore di calore. Un refrigerante scorre attraverso lo scambiatore di calore e cambia il suo stato di aggregazione anche a temperature molto basse. A contatto con l'aria ambiente, il refrigerante si riscalda e si trasforma gradualmente in vapore. Per portare alla temperatura desiderata il calore che si forma in questo processo, viene utilizzato un compressore. Questo comprime il vapore e aumenta sia la pressione che la temperatura del vapore del refrigerante.
Un ulteriore scambiatore di calore (condensatore) trasferisce quindi l'energia dal vapore riscaldato al circuito di riscaldamento (riscaldamento a pavimento, termosifoni o tampone di riscaldamento o serbatoio di accumulo dell’acqua calda). Il refrigerante, che è ancora sotto pressione, si raffredda e si trasforma nuovamente in liquido. Prima che possa rifluire nel circuito, il refrigerante viene prima espanso in una valvola di espansione. Una volta raggiunto lo stato di aggregazione, il processo del ciclo di refrigerazione può ricominciare da capo.
La compressione richiede elettricità
Il compressore è una parte essenziale del circuito di raffreddamento. Infatti, senza compressione le temperature iniziali sono troppo basse per riscaldare un edificio a una temperatura confortevole, specialmente nelle giornate molto fredde con temperature a due cifre sotto lo zero.
In pratica vengono utilizzati vari compressori, inclusi compressori a pistone o compressori scroll azionati elettricamente. Il consumo di energia per la compressione dipende da molti fattori. Questi includono il fabbisogno di riscaldamento, la tecnologia del compressore e, ultimo ma non meno importante, la differenza di temperatura tra la fonte di calore e il sistema di riscaldamento. Rispettare quanto segue: Maggiore è la differenza di temperatura tra la fonte di calore e la temperatura di mandata, più il compressore deve lavorare.
