Il funzionamento della pompa di calore si basa su un principio termodinamico preciso, il ciclo a compressione di vapore. Conoscerne i meccanismi nel dettaglio consente di leggere con precisione le schede tecniche, confrontare correttamente prodotti diversi e impostare l’impianto in coerenza con le reali condizioni di esercizio.
Il ciclo a compressione di vapore
Le pompe di calore più diffuse funzionano secondo il principio del ciclo a compressione di vapore, un processo che consente di trasferire calore sfruttando quattro fasi principali. Si tratta dello stesso principio fisico alla base di un frigorifero, con obiettivo opposto: mentre il frigorifero espelle calore dall’interno verso l’esterno, la pompa di calore lo cattura dall’esterno e, dopo averlo portato a temperatura, lo immette all’interno dell’edificio.
Il ciclo si articola in quattro fasi:
- Evaporazione – Il fluido refrigerante, allo stato liquido e a bassa pressione, attraversa l’evaporatore dove assorbe energia termica dalla sorgente esterna (aria, acqua o terreno) ed evapora completamente.
- Compressione – Il compressore comprime il vapore refrigerante a bassa pressione, aumentandone pressione e temperatura, per poi inviarlo al condensatore.
- Condensazione – Il vapore ad alta temperatura rilascia calore all’ambiente e si trasforma in un liquido ad alta pressione.
- Espansione – Passando attraverso la valvola di espansione, il refrigerante subisce una forte riduzione di pressione e temperatura, tornando alle condizioni iniziali e chiudendo il ciclo.
Questo meccanismo consente di trasportare energia termica da un ambiente più freddo a uno più caldo grazie all’apporto di energia meccanica fornita dal compressore.
Perché il rendimento può superare il 100%: il COP
A differenza di un generatore a combustione, dove l’energia termica prodotta non può mai superare quella del combustibile immesso, nella pompa di calore l’energia elettrica non genera direttamente il calore: alimenta il compressore, che permette al fluido di catturare energia già presente nell’ambiente esterno. Per questo l’indicatore usato per misurarne l’efficienza è il Coefficiente di Prestazione (COP), che indica la quantità di calore immesso rispetto al lavoro impiegato e che, a differenza del rendimento termodinamico, può essere maggiore dell’unità. Un COP pari a 4 significa che per ogni kWh elettrico consumato la macchina restituisce 4 kWh termici.
Va distinto dal COP puntuale (misurato in condizioni di prova fisse) il coefficiente di prestazione stagionale (SCOP), calcolato come rapporto tra l’energia termica fornita durante l’intero periodo invernale e l’energia elettrica assorbita nello stesso periodo, poiché le prestazioni della macchina variano al variare delle condizioni climatiche esterne.
Come si misura il COP: la norma UNI EN 14511
Per rendere confrontabili le prestazioni dichiarate da produttori diversi, il COP viene misurato secondo condizioni di prova standardizzate definite dalla norma UNI EN 14511, aggiornata nel 2022 nelle sue quattro parti: termini e definizioni, condizioni di prova, metodi di prova e requisiti minimi.
Nelle schede tecniche il valore è spesso accompagnato da una sigla che identifica esattamente le condizioni a cui si riferisce: la lettera della sorgente termica, la relativa temperatura, la sigla del fluido termovettore e la temperatura di mandata. Una dicitura come A7W35, ad esempio, indica una pompa di calore aria/acqua testata con aria esterna a 7°C e acqua di mandata a 35°C.
Questo dato non è indifferente: più è ampio il salto termico tra sorgente e utenza (un impianto a radiatori che richiede 45°C, rispetto a un impianto radiante a 35°C) maggiore è il lavoro richiesto al compressore, e di conseguenza più basso il COP in quelle condizioni. Confrontare due prodotti richiede quindi verificare che i valori dichiarati si riferiscano alle stesse condizioni di prova.
In fase di scelta o dimensionamento, il dato da verificare non è quindi il COP di targa, ma il COP riferito alle condizioni di esercizio realmente previste dall’impianto.
