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Pompe di calore ad assorbimento

Pompa di calore ad assorbimento: come funziona?

Tempo di lettura stimato: 5 minuti

La pompa di calore ad assorbimento trasferisce calore da una sorgente fredda tramite un fluido secondario. Scopri come funziona e cosa cambia rispetto alla tradizionale

La pompa di calore è un impianto termico che permette di riscaldare e raffrescare gli ambienti di una qualsiasi struttura, oltre a produrre l’acqua calda sanitaria necessaria al fabbisogno giornaliero, attraverso il trasferimento di energia da un ambiente a bassa temperatura a un sistema a temperatura più elevata.

Rispetto a molti altri impianti tecnologici, essa contribuisce alla riduzione dei consumi energetici ed alla sostenibilità ambientale, con un conseguente risparmio economico in bolletta, grazie anche ai numerosi incentivi statali ed agevolazioni.

In base al tipo di funzionamento e alla tipologia di alimentazione, sul mercato esistono differenti tipologie di pompe di calore:

  • pompe di calore a compressione elettrica;
  • pompe di calore a compressione endotermica;
  • pompe di calore ad assorbimento;

In questo articolo vedremo nel dettaglio il funzionamento delle pompe di calore ad assorbimento, per cercare di comprendere le sue caratteristiche tecniche ed in cosa si differenzia rispetto alle altre.

Come funziona una pompa di calore ad assorbimento?

Le pompe di calore ad assorbimento sono dispositivi che sfruttano il principio termodinamico dell’assorbimento per trasferire calore da una sorgente a bassa temperatura a una sorgente a temperatura più elevata. A differenza delle pompe di calore tradizionali che utilizzano compressori meccanici, le pompe di calore ad assorbimento si basano su reazioni chimiche o fisiche per ottenere il loro effetto di riscaldamento o raffreddamento.

Il funzionamento di una pompa di calore ad assorbimento AHP (Absorption Heat Pump), che può essere alimentata da qualsiasi sorgente termica, si basa su due sostanze, una refrigerante ed una assorbente.

Queste due sostanze, combinate insieme, danno vita ad un ciclo il cui lavoro meccanico è all’incirca pari all’1% dell’energia termica introdotta nel generatore.

Analizziamo nel dettaglio tutte le fasi del ciclo di una pompa di calore ad assorbimento:

  1. tutto ha origine da un generatore, la fonte energetica primaria che aumenta la temperatura della soluzione refrigerante-assorbente. Con l’aumento della temperatura della soluzione i due componenti si separano ed il refrigerante evapora lungo la colonna di distillazione;
  2. il vapore del fluido refrigerante passa poi attraverso il rettificatore, dove si separa dall’eventuale residuo d’acqua ed entra nello scambiatore di calore che di consueto è a fascio tubiero;
  3. in questo scambiatore a fascio tubiero avviene la condensazione del fluido refrigerante e quindi la cessione di calore all’acqua dell’impianto (fluido secondario). È proprio in questa fase che avviene il primo effetto utile della macchina, con il riscaldamento di una portata d’acqua;
  4. a seguire il refrigerante, uscito dalla sezione di condensazione, passa attraverso una serie di laminazioni ed uno scambiatore di calore tubo in tubo, in cui progressivamente diminuisce di pressione e temperatura, in modo tale da poter arrivare nelle condizioni ideali che permetteranno al fluido di assorbire calore dall’aria esterna;
  5. il refrigerante a contatto con l’aria esterna la raffredda, prelevando calore, e di seguito evapora;
  6. successivamente il refrigerante viene surriscaldato prima nello scambiatore e poi nel pre-assorbitore, dove reagisce con l’acqua, dando origine all’assorbimento vero e proprio;
  7. l’assorbimento è una reazione esotermica (viene tolta energia) e quindi se parte di tale energia viene utilizzata per riscaldare la soluzione acqua-refrigerante, la rimanente viene ceduta allo scambiatore di calore a fascio tubiero;
  8. in questa fase del ciclo, lo scambiatore funge da assorbitore e consente di cedere al fluido termovettore dell’impianto termico una considerevole quantità d’energia termica che costituisce il secondo effetto utile della macchina;
  9. la soluzione acqua-refrigerante, uscita dallo scambiatore, viene inviata dalla pompa della soluzione nuovamente al generatore, passando nuovamente per il pre-assorbitore e il rettificatore dove avviene una fase di pre-riscaldamento attraverso il recupero del calore dal ciclo stesso. Nel generatore ricomincia quindi il ciclo frigorifero appena descritto.
Schema pompa di calore ad assorbimento

Schema pompa di calore ad assorbimento

Differenza tra una pompa di calore ad assorbimento ed una a compressione?

La principale differenza tra una pompa di calore ad assorbimento ed una a compressione (elettrica o a gas) risiede nelle fasi di lavoro: una pompa di calore ad assorbimento è priva della fase di compressione, che è totalmente sostituita con due fasi distinte: la generazione e l’assorbimento.

Come abbiamo visto precedentemente, la prima fase avviene grazie ad un bruciatore, utilizzato come fonte energetica primaria, la seconda invece tramite un liquido specifico, di solito acqua, denominato assorbente.

Inoltre l’efficienza di una pompa di calore ad assorbimento, che si misura in GUE, Gas Utilization Efficiency, è maggiore di quella di una pompa di calore tradizionale, vediamo insieme i principali due motivi:

  1. il GUE, che si origina dal rapporto tra l’energia ceduta all’ambiente e l’energia fornita al bruciatore risulta molto più basso rispetto al COP delle pompe di calore tradizionale. Un GUE si attesta in genere intorno a 1,5, rispetto ad un COP che è di valore intorno a 4;
  2. quando la temperatura esterna è molto rigida, una pompa di calore tradizionale non lavora bene perché ci vorrà un lavoro maggiore per trasferire calore dall’esterno all’interno e tra l’altro l’umidità dell’aria fredda tenderà a ghiacciare le alette dell’unità esterna. Ciò non si verifica in una pompa di calore ad assorbimento: il ciclo termodinamico a cui lavora non crea limiti di funzionalità per la macchina anche a temperature esterne basse.

Complessivamente l’alta efficienza di una pompa di calore ad assorbimento si traduce in un prezzo più elevato nel momento dell’acquisto; tuttavia c’è da dire che vi è, senza ombra di dubbio, un ritorno dell’investimento, grazie al risparmio energetico, nel giro di 4/5 anni.

Tipologie di pompe di calore ad assorbimento

Nel mercato degli impianti di climatizzazione comunemente si possono trovare due tipologie di pompe di calore ad assorbimento, quella a fiamma diretta o quella ad alimentazione indiretta.

Una pompa di calore a fiamma diretta viene alimentata dalla fiamma generata da un combustibile come gas naturale, GPL, biomasse, etc. e viene impiegata soprattutto in quegli ambienti in cui è richiesta una continuità del servizio anche in caso di assenza di alimentazione elettrica.

Una pompa di calore ad alimentazione indiretta invece ha come sorgente termica un fluido termovettore (acqua calda o surriscaldata, vapori, prodotti di combustione di motori endotermici) che, nel ciclo della macchina viene riutilizzato costantemente.

C’è da ricordare inoltre che sono molte le Direttive Europee che promuovono l’utilizzo sistemi di climatizzazione e produzione di ACS efficienti dal punto di vista energetico, con verifiche originatesi dallo sviluppo di progettazioni ecocompatibili.

È importante dunque l’utilizzo di un software per la certificazione energetica capace di darti il supporto giusto per ogni tipologia di impianto e con cui sviluppare progettazioni energetiche sempre a norma di legge. Con questo strumento puoi:

  • disegnare il modello energetico dell’edificio accedendo ad un’ampia libreria di oggetti BIM (materiali, stratigrafie, generatori, ecc.);
    Pompa di calore ad assorbimento

    Pompa di calore ad assorbimento | Libreria oggetti BIM TerMus

  • compilare tutti i dati richiesti per la pompa di calore. Guarda i video tutorial della definizione della struttura generale di una pompa di calore;
  • effettuare le verifiche richieste per edifici ad alte prestazioni energetiche – sia per l’involucro che per l’impianto – da tutte le norme comunitarie, nazionali e regionali vigenti;
  • ottenere in tempo reale efficaci rappresentazioni grafiche, termografie 3D e mappature a colori del comportamento energetico dell’edificio sia in fase di input che in fase di calcolo.
  • produrre in automatico APE, APE convenzionale, AQE, tabelle riepilogative di confronto.

Le pompe di calore ad assorbimento rappresentano una soluzione promettente per il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici, offrendo vantaggi significativi in termini di efficienza energetica, riduzione delle emissioni e flessibilità nell’uso di fonti di energia rinnovabile.

Consigli per i tecnici:

 

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