Alcune precisazioni sulle pompe di calore

Efficienza e rendimento delle pompe di calore

In ingegneria energetica il termine efficienza energetica indica la capacità di un sistema fisico di ottenere un dato risultato utilizzando meno energia rispetto ad altri sistemi detti a minor efficienza.

 

Nelle comuni pompe di calore domestiche (in particolare nei sistemi inverter) si possono ottenere due differenziati funzionamenti:
– generazione di raffrescamento ambientale
– generazione di riscaldamento ambientale
entrambi vengono ottenuti da energia elettrica, che alimenta la pompa di calore, oltre ad uno scambio di calore tra ambiente interno ed esterno.

Nel funzionamento della generazione del freddo, l’efficienza (o rendimento) di una pompa di calore viene misurata dall’Indice di Efficienza Elettrica EER (Energy Efficiency Ratio), mentre nel funzionamento della generazione del caldo, viene misurata dal Coefficiente di Resa COP (Coefficient Of Performance) che è il rapporto tra l’energia prodotta (calore ceduto all’ambiente da riscaldare) e l’energia elettrica consumata per far funzionare la macchina.
Sia l’EER che il COP sono mediamente parametri tipicamente vicini al valore 3.
Questo significa che per un kWh di energia elettrica consumato, la pompa di calore cederà 3kWh di nergia termica all’ambiente da riscaldare (o raffrescare); uno di questi è fornito dall’energia elettrica consumata e gli altri due rimanenti vengono prelevati dall’ambiente esterno trasferendo il calore esterno (prelevato dall’aria, dal suolo o da altre fonti naturali rinnovabili e generalmente costanti).
Tenendo conto che l’energia prelevata dall’ambiente esterno è gratuita, e che l’energia elettrica è prodotta con un rendimento del 36%, possiamo dire che il rendimento complessivo di una pompa di calore è prossima al 110%.

Utilizzando invece un sistema a TFC (al posto della pompa di calore) a parità di impianto, si avrebbe un rendimento prossimo al 220%, con COP=6  (oltretutto il rendimento non sarebbe suscettibile alle variazioni delle temperature esterne).

Facendo un esempio nel riscaldamento, questo valore è quindi sensibilmente più alto dei migliori impianti a caldaia tradizionale (che sfruttano gas o carburanti fossili) che hanno rendimenti intorno al 90%.

Inoltre il COP sarà tanto maggiore, quanto più bassa sarà la differenza di temperatura tra l’ambiente da riscaldare e la sorgente esterna dell’aria o di altre fonti di calore sfruttabili (questo rendimento avrà valore prossimo a 3 quando viene utilizzata una fonte esterna che abbia temperatura non inferiore ai 7°C; al di sotto dei 2°C le prestazioni della pompa di calore decadono drasticamente).

Sorgenti di calore rinnovabili e utilizzabili

L’aria, l’acqua e la terra sono le tre risorse naturali inesauribili e gratuite che permettono alle pompe di calore di lavorare per produrre energia termica da trasferire nei nostri ambienti.
In particolare le pompe di calore che utilizzano come fonte energetica il terreno o l’acqua di falda, sfruttano di fatto l’energia geotermica che dal nucleo terrestre si irradia verso la superficie. Hanno di vantaggio una relativa stabilità termica rispetto all’aria e quindi anche il rendimento (COP) risulterebbe più costante.

La terra fornirebbe energia termica rinnovabile quasi ideale perché il sottosuolo si mantiene a temperatura praticamente costante durante tutto l’anno (a parte i primissimi metri superficiali, che subiscono l’influenza stagionale).

L’acqua di falda sotterranea o di lago è un’altra interessante sorgente termica. Il suo uso è limitato alle zone in cui è possibile estrarre l’acqua ad un costo ragionevole (vicino alla riva o in presenza di falde a debole profondità). Le temperature sono quasi costanti e consentono alla pompa di calore di mantenere sempre un’efficienza elevata di lavoro.

Tali risorse, benché più costose in termini di impianto, si possono prelevare con sonde geotermiche di profondità, con collettori geotermici di superficie o con sonde geotermiche a spirale.

Mentre l’utilizzo dell’aria è più semplice e disponibile ovunque e non necessita di autorizzazioni per il prelievo; però, le notevoli variazioni di temperatura nei periodi freddi e invernali (cioè quando effettivamente serve), ne riducono notevolmente il rendimento.

Conclusioni

Considerare il COP come un fattore di qualità ed efficienza da applicare anche su altre macchine termiche che non sfruttano l’aiuto geotermico esterno, È UN ERRORE GRAVE dove anche gli esperti cadono.

Le leggi fisiche impongono che l’energia non si crea da sola, ma si può solo trasformare, a ogni trasformazione si perde sempre qualcosa (che si converte in calore).
Quindi l’efficienza elettrica di un dispositivo è in pratica quanto lavoro riesce a generare una macchina che non venga buttato in calore, tutto qui.

Alternativamente (e più maccheronicamente) il COP può essere espresso anche in funzione del costo unitario dell’energia elettrica diviso per il costo unitario dell’energia termica prodotta, espressi in €/kWh ma sinceramente non se ne capisce la necessità visto che si può esprimere semplicemente in frazione (energia/lavoro o anche potenza in uscita/potenza in entrata) o in percentuale (energia*100/lavoro).

Vedi anche Termocel: il sistema rivoluzionario di riscaldamento elettrico