Rubrica: Energia
Titolo o argomento: Introduzione al rendimento di una pompa di calore
Segue dall’articolo introduttivo:
Che cos’è una pompa di calore?
Efficienza
La pompa di calore è in grado di fornire più energia (sotto forma di calore) di quella che utilizza per il suo funzionamento (energia elettrica). Il consumo elettrico avviene a carico del compressore, l’assorbimento di calore avviene nell’evaporatore (dal mezzo circostante che può essere aria o acqua), infine la cessione di calore, verso il mezzo da riscaldare (aria o acqua), avviene nel condensatore. L’efficienza di una pompa di calore si misura tramite il “C.O.P.” ovvero il “Coefficiente di Prestazione”. Questo valore è il rapporto tra l’energia fornita (calore ceduto all’aria o all’acqua da riscaldare) e l’energia elettrica consumata per permettere tale riscaldamento. Ogni tipologia di pompa di calore ha un suo C.O.P. il quale varia anche in base alle condizioni di funzionamento, solitamente i valori di C.O.P. si aggirano intorno a 3. Tradotto significa che consumando 1 kWh di energia elettrica, verrà fornita una quantità di calore pari a 3 kWh ossia 2580 kcal. Per incrementare il Coefficiente di Prestazione la temperatura della sorgente (dalla quale si preleva calore mediante l’evaporatore) deve essere incrementata mentre la temperatura alla quale si cede il calore (per mezzo del condensatore) deve essere ridotta. Questo perchè il ciclo al quale si ispira la pompa di calore, analogamente ai frigoriferi ed ai condizionatori, è il ciclo di Carnot (ciclo puramente ideale) il cui rendimento (ma anche la potenza resa) dipende unicamente dalle temperature tra le quali avviene il ciclo stesso. A temperature prossime allo zero (-2°C – +2°C) le prestazioni di una pompa di calore calano notevolmente ed il dispositivo si disattiva a meno che il sistema non sia dotato di “astuzie” tecniche che ne permettono il funzionamento attivando una resistenza elettrica la quale, ovviamente, implica un maggiore consumo di energia elettrica. La potenza termica resa dalla pompa di calore dipende dalla temperatura a cui la stessa assorbe calore.
Ciclo ideale: Carnot
Il ciclo di Carnot è il più semplice tra i motori termici.
Si tratta di un ciclo ideale con ipotesi di gas perfetto e trasformazioni senza attrito e quasi statiche (reversibili).
Esso fornisce il limite teorico alle prestazioni di un qualunque ciclo reale.
Il ciclo di Carnot è reversibile.
Se viene percorso in senso inverso, le energie scambiate cambiano di segno.
Viene assorbito lavoro meccanico (L).
Viene assorbita dalla sorgente fredda una quantità di calore Qf.
Viene ceduta alla sorgente calda una quantità di calore Qc.
Il ciclo diventa un ciclo frigorigeno e il sistema viene detto “Macchina frigorifera” o “Pompa di calore”.
Il rendimento del ciclo di Carnot dipende unicamente dalle temperature tra le quali avviene il ciclo.
Il rendimento del ciclo di Carnot non dipende dal tipo di gas impiegato, né da pressioni e volumi considerati.
Ciclo reale
Il lavoro di espansione non viene recuperato.
Il lavoro di compressione è più grande rispetto a quello ideale.
La temperatura di evaporazione è più bassa di quella dell’ambiente in cui si trova.
La temperatura di condensazione è più alta di quella dell’ambiente in cui si trova.
La differenza di temperatura tra condensatore e evaporatore sarà sempre più alta di quella fra sorgente calda e sorgente fredda.
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Fonte principale: ENEA
Fonte di approfondimento: appunti universitari
Rielaborazione dati e approfondimenti a cura di ralph-dte.eu
