L’ENERGIA TERMICA E LA TERMODINAMICA n UNITÀ 13 Fisica e sostenibilità Riscaldamento e rinfrescamento sostenibili U n fluido assorbe calore quando evapora, ma libera calore quando condensa. Dai principi della termodinamica sappiamo che, eseguendo un lavoro, è possibile trasferire calore dal mezzo a temperatura più bassa al mezzo a temperatura più alta, invertendo la tendenza spontanea del processo. Questi principi sono alla base del funzionamento delle pompe di calore. Queste ultime sono costituite, in genere, da un circuito chiuso nel quale scorre un liquido refrigerante. Le pompe di calore trovano molte applicazioni industriali; ma consideriamo, in particolare, il loro utilizzo negli impianti di riscaldamento domestico che sfruttano l’energia geotermica, una fonte di energia rinnovabile. Energia dal sottosuolo La temperatura del sottosuolo, alla profondità di alcune decine di metri, si mantiene a temperatura pressoché costante per tutto l’anno (circa 13-15 °C): il calore immagazzinato in questi strati profondi costituisce una fonte affidabile e inesauribile di energia. Vediamo come viene sfruttata. • Si inserisce verticalmente nel terreno, a profondità variabili tra 50 e 150 m, una sonda geotermica: si tratta di un cilindro contenente un lungo tubo a U di polietilene, di pochi centimetri di diametro. • Nel tubo scorre un fluido (una miscela di acqua e fluido antigelo) che, mentre scende lungo un ramo del tubo, assorbe energia termica dal suolo e si riscalda. • Il fluido risale quindi lungo l’altro ramo del tubo; giunto in superficie, viene convogliato nel collettore della pompa di calore. • Nel collettore avviene lo scambio termico che alimenta l’impianto di riscaldamento. Usare l’energia in modo sostenibile Una pompa di calore richiede l’apporto di energia elettrica, ma il rendimento complessivo del sistema è certamente vantaggioso, se si considera che per produrre una potenza di 4 kW termici si energia andata ambiente elettrica consuma solo la potenza di 1 kW elettrico: gli altri 3 kW sono esterno forniti dalla fonte rinnovabile, il calore del sottosuolo. calore dall’esterno Questo sistema non richiede combustibili fossili e non comporta, quindi, prodotti di combustione nocivi o dannosi per l’atmosfera. CONDENSATORE EVAPORATORE ritorno D’estate, il funzionamento della pompa di calore può essere inimpianto di vertito, per cui lo stesso dispositivo può essere impiegato come riscaldamento condizionatore d’aria. VALVOLA DI ESPANSIONE Inoltre, si può collegare la pompa di calore a un boiler, per disporre di acqua calda sanitaria. 1. Nell’evaporatore il liquido I vantaggi, insomma, sono molteplici; i costi d’installazione sono impegnativi solo se le abirefrigerante si riscalda assorbendo il tazioni non sono state progettate già in funzione di questo tipo di impianti. calore del fluido in arrivo dalla sonda L’uso dell’energia geotermica in piccoli impianti a uso domestico si sta diffondendo molto geotermica, ed evapora diventando nel mondo e in Italia dove, negli ultimi anni, si stanno facendo numerosi progressi in questo gas. settore. COMPRESSORE 2. Il gas riscaldandosi si espande ed è aspirato nel compressore (dotato di motore elettrico). Qui il gas caldo viene compresso: la sua pressione aumenta. 3. Il gas caldo entra nel condensatore: passa allo stato fluido e si raffredda cedendo calore all’acqua (o aria) circolante nell’impianto di riscaldamento dell’abitazione (termosifoni o pannelli radianti). 4. Il fluido freddo passa attraverso una valvola di espansione e si raffredda ulteriormente; la sua pressione diminuisce. riscaldamento a pavimento (35 °C) sonda geotermica pompa di calore calore calore calore calore calore profondità: 150 m temperatura: 13-15 °C © Mondadori Education 1