Le pompe di calore nella storia
I primi prototipi che utilizzano gli stessi principi delle pompe di calore, sebbene ad uno stadio più rudimentale, risalgono a più di 150 anni fa e si tratta delle celle frigorifere usate dagli Argentini per la conservazione a lunga durata della carne. Al 1920, invece, risalgono i primi prototipi di condizionatore pensati per uso privato, ovvero per le case dei cittadini. Questi, però, erano oggetti costosissimi che solo le classi più abbienti potevano permettersi. Visto che questi congegni erano molto rumorosi attorno agli anni settanta si pensò di separare l'unità del compressore dall'unità ventilanta. La prima venne spostata all'esterno dell'abitazione e la seconda rimase all'interno. Questa divisione permetteva di rendere i condizionatori meno fastidiosi per coloro che ne usufruivano e fu così possibile utilizzarli anche di notte.
Funzionamento delle pompe di calore
Il funzionamento delle pompe di calore è analogo a quello del condizionatore d'aria dove il compressore comprime un gas, più precisamente gas refrigeranteo freon, il quale comprimendosi aumenta la propria temperatura. Una volta aumentata la temperatura il gas inizia a circolare all'interno del circuito frigo e inizia lo scambio di calore. Poi con opportune ventole di scambio, l'aria fredda viene aspirata e viene immessa aria più calda. Le pompe di calore sfruttano questo principio per riscaldare gli ambienti. Al giorno d'oggi in commercio è possibile trovare dei condizionatori d'aria provvisti di pompa di calore. Il funzionamento di questi dispositivi si basa su di una valvola a quattro vie che chiude il passaggio a diverse sezioni di circuito a seconda se si imposta il climatizzatore in aria fredda o in aria calda.
La termodinamica e le pompe di calore
Grazie ai principi della termodinamica e più in generale della fisica le pompe di calore riescono a rinfrescare o riscaldare gli ambienti interni. Gli elementi che compongono una pompa di calore sono: fluido termovettore, compressore, valvola d'espansione, organo di laminazione esterno ed interno, batteria condensante, ventole e schede elettroniche. La pompa di calore, proprio come dice il nome, pompa il calore da una zona a bassa temperatura fino ad una zona dove la temperatura è maggiore. Questo comporta che nella zona dove è installata la pompa di calore la temperatura andrà ad abbassarsi ancor di più. Da qui deriva anche il suo nome in quanto tale sistema va contro il processo naturale del calore poiché esso tende naturalmente ad andare verso le zone fredde. Al giorno d'oggi con l'avanzare della tecnologia, esistono delle pompe di calore a bassissimi consumi energetici e si prevede che in un futuro non molto lontano questi sistemi innovativi andranno a sostituire la caldaia.
Uso di pompe di calore per raffreddare gli ambienti
La parte esterna delle pompe di calore è composta da: compressore, condensatore, valvola d'espansione, valvola di scambio e alcuni modelli più recenti hanno anche delle schede di controllo. La parte interna, invece, è composta da: evaporatore, ventola di scambio e, anche qui, alcuni modelli presentano una scheda di controllo. Se si vuole rinfrescare un ambiente all'accensione del condizionatore la pompa di calore avvierà un processo di scambio termico mandando aria fresca nell'ambiente abbassandone la temperatura. Un fluido termovettore viene compresso e subisce l'innalzamento di temperatura, questo viene poi spinto verso la valvola d'espansione che fa espandere il fluido che subisce un brusco calo di temperatura. Il fluido evaporerà poi nell'unità interna la cui valvola soffierà e l'organo di laminazione aspirerà l'aria calda riducendo la temperatura.
Uso di pompe di calore per riscaldare gli ambienti
Nel caso in cui si voglia riscaldare una stanza le pompe di calore effettueranno un processo inverso a quello di raffreddamento. All'accensione del condizionatore il fluido termovettore viene compresso aumentando la propria temperatura. Il fluido passa al condensatore che funge da scambiatore di calore e da calore all'ambiente. Grazie a questo scambio il fluido raggiungerà parti molto strette del circuito fino a tornare liquido. Una volta liquido raggiunge la valvola d'espansione, controllata da una scheda di controllo. Qui il fluido subisce un'ulteriore espansione e torna allo stato gassoso, è poi portato all'unità esterna dove ripeterà questo percorso. Inoltre per invertire il ciclo, i climatizzatori sono provvisti di una valvola speciale, ovvero la valvola a quattro vie, la quale è costituita da un'origine e tre diramazioni che convogliano il gas rispettivamente alla batteria condensante, al compressore e al capillare. Quando si inverte il ciclo a caldo, la valvola chiude il passaggio al gas previsto per un funzionamento a freddo.
Costi e modelli
In commercio ci sono tantissime pompe di calore di diverse marche. L'attuale tecnologia offre un prodotto assai innovativo e che paradossalmente costa di meno rispetto ai primi modelli. Infatti i primi modelli di pompa di calore erano regolati dalla tecnologia on off, la quale prevedeva un condensatore di spunto che caricava il compressore per poi fare partire l'intero sistema una volta che la scheda di controllo avesse dato l'ok. Questo principio era assai dispendioso e al mercato dell'epoca queste pompe di calore avevano un costo di oltre 800€. Al giorno d'oggi le pompe di calore vengono vendute in base alla potenza. Una pompa di calore da 9000 btu ha un costo medio di 400€. Una pompa di calore da 12000btu costa circa 700€. Per quanto riguarda le potenze più alte,varie marche si fanno concorrenza in maniera tale da instaurare un rapporto di fiducia con l'utente che acquista. Le potenze che vanno dai 18000 ai 48000 btu hanno un costo che oscilla dai 1.200€ ai 5.000€.
