Tutto quello che c'è da sapere sul selvaggio mondo delle pompe di calore

Le pompe di calore potrebbero aiutare ad affrontare il cambiamento climatico e a risparmiare denaro. Ecco come funzionano.

Tech Review spiega: lascia che i nostri scrittori districhino il mondo complesso e disordinato della tecnologia per aiutarti a capire cosa verrà dopo. Puoi leggere di più qui.

Stiamo entrando nell'era della pompa di calore.

Il concetto alla base delle pompe di calore è semplice: alimentate dall’elettricità, spostano il calore per raffreddare o riscaldare gli edifici. Non è un'idea nuova: furono inventati nel 1850 e sono stati utilizzati nelle case dagli anni '60. Ma all’improvviso sono diventati gli elettrodomestici più richiesti, messi sotto i riflettori dal potenziale di risparmio sui costi e dai benefici climatici, nonché dai recenti incentivi politici.

Per quanto semplice possa essere l’idea di base, i dettagli di come funzionano le pompe di calore sono affascinanti. Nel nome del controllo della temperatura della tua casa, sembra quasi che questo dispositivo infranga le leggi della fisica. Anche le pompe di calore stanno migliorando: i nuovi modelli sono più efficienti e in grado di gestire meglio il freddo.

Quindi tuffiamoci e scopriamo cosa fa funzionare una pompa di calore.

Ad alto livello, una pompa di calore raccoglie il calore da un luogo e lo immette in un altro. Parleremo principalmente di pompe di calore nell'ambito del riscaldamento, ma possono essere utilizzate anche per raffrescare, raccogliendo calore dall'interno e mandandolo all'esterno come un condizionatore. Molte pompe di calore possono effettivamente funzionare al contrario, riscaldando o raffreddando a seconda delle necessità.

L'eroe di una pompa di calore è il refrigerante: un fluido che si muove in un circuito, assorbendo e rilasciando calore mentre scorre. L'elettricità alimenta il sistema, spingendo il refrigerante durante il ciclo.

Mentre il refrigerante si muove attraverso la pompa di calore, viene compresso ed espanso, passando dalla forma liquida a quella gassosa per consentirgli di raccogliere e rilasciare calore in diversi punti del ciclo. (Se questi dettagli ti bastano, sentiti libero di passare alla domanda successiva. Altrimenti, unisciti a me in un viaggio all'interno di una pompa di calore per capire come funziona tutto questo.)

Immagina questo: è una fredda giornata invernale, diciamo -5 °C (25 °F). Sei seduto sul divano del tuo soggiorno con un buon libro e il tuo gatto è rannicchiato lì vicino. Guardi il termostato, che è impostato su 20 °C. Sensibile, ma un po' freddino. Ti avvicini e lo aumenti un po', fino a 70 °F.

La tua pompa di calore ronza silenziosamente in sottofondo. Ora l’aumento della temperatura aumenta di un livello: la ventola e il compressore all’interno accelerano e il refrigerante inizia a muoversi più velocemente per trasferire più calore dall’esterno all’interno.

Può sembrare controintuitivo raccogliere calore dall'esterno quando fuori fa molto freddo, quindi seguiamo il refrigerante per un ciclo per vedere come funziona. Per la maggior parte delle pompe di calore, il viaggio dura solo pochi minuti.

I refrigeranti per pompe di calore hanno punti di ebollizione molto bassi, in genere inferiori a -25 °C (-15 °F). Quindi all'inizio del nostro viaggio, il refrigerante si trova intorno a quella temperatura ed è in forma liquida. Anche nei luoghi più freddi, il refrigerante in questo stato è solitamente significativamente più freddo dell’aria esterna (nel nostro caso, più di 40 gradi più fredda).

Nella prima fase del suo percorso, il refrigerante scorre attraverso uno scambiatore di calore, supera l'aria esterna e si riscalda abbastanza da iniziare a bollire, passando da liquido a gas.

La seconda fase del suo viaggio è un viaggio attraverso il compressore. Il compressore comprime il refrigerante in un volume più piccolo, aumentandone la pressione e il punto di ebollizione (questo diventerà importante tra un minuto). Questo lo riscalda ulteriormente, quindi quando il refrigerante supera il compressore, è più caldo della stanza interna.

La terza tappa del viaggio del refrigerante lo porta attraverso un altro scambiatore di calore. Ma ormai il refrigerante è un gas caldo, superiore a 100 °F, e scorre attraverso una stanza relativamente più fredda. Mentre trasferisce parte di quel calore nella stanza con l'aiuto di un ventilatore, inizia a trasformarsi di nuovo in un liquido.

Infine, nella quarta fase, il refrigerante liquido passerà attraverso una valvola di espansione, rilasciando la pressione. Così come spremere un materiale lo riscalda, espandendolo gli permette di raffreddarsi nuovamente, così ora il liquido è tornato a bassa temperatura e pronto ad assorbire altro calore da portare al suo interno.