Riscaldamento e rinfrescamento sostenibili

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
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