Questa è una domanda comune che ci viene posta indirettamente piuttosto che direttamente.

La risposta è di solito fornita in risposta alla domanda se un’unità di condizionamento d’aria tradizionale (forse esistente) o un refrigeratore possono essere collegati ad uno scambiatore di calore a terra.

Questa è una semplice risposta ‘no’, anche se ci piace fornire una spiegazione relativamente priva di tecnologia.

Pompe di calore

Partiamo dalla pompa di calore stessa. Una pompa di calore è semplicemente una pompa che trasferisce il calore da un luogo all’altro. Nella maggior parte dei casi questo avviene attraverso un ciclo di refrigerazione a compressione di vapore. L’esempio più familiare alla maggior parte delle persone è il frigorifero di casa e funziona come segue:

• Si mette la spesa a temperatura ambiente (latte, verdure ecc.) nel frigorifero e si chiude la porta;
• Il calore aggiuntivo viene rilevato e quindi rimosso usando il ciclo di refrigerazione trasferendolo dalla spesa alla ‘rete nera’ (visibile nella maggior parte delle vecchie unità) sul retro del frigorifero e nell’aria. Questo spiega il calore nella parte posteriore del vostro frigorifero e perché un frigorifero chiuso sarà tipicamente meno efficiente di uno dove quel calore può sfuggire più facilmente. Nel contesto del geoexchange, seppelliremmo quella ‘maglia nera’ nel terreno all’esterno;
• Il compressore e il sistema di refrigerazione continueranno a lavorare per rimuovere il calore fino al raggiungimento del set point di temperatura predeterminato, tipicamente circa 4C; e
• Questo ciclo continua ogni volta che si apre la porta o si mette un oggetto all’interno che è più caldo del set point.

Questo è un esempio molto low tech che si spera aiuti a capire il funzionamento di base di una pompa di calore. (Nota: una spiegazione tecnica più dettagliata può essere trovata qui).

Pompe di calore e aria condizionata

Le pompe di calore possono essere usate ovunque sia richiesto il trasferimento di calore. Notando che il calore si sposta sempre dal caldo al freddo. Quindi, contrariamente alla comprensione popolare, climatizzare una casa significa effettivamente rimuovere il calore da essa e non pompare il freddo in essa.

Nel settore del condizionamento dell’aria, i tipi più comuni di pompe di calore sono definiti come segue:

• Pompa di calore a fonte d’aria: Utilizza l’aria esterna come fonte di calore o dissipatore di calore – essenzialmente la maggior parte dei condizionatori a ciclo inverso;
• Pompa di calore ad acqua: Utilizza l’acqua come fonte di calore o dissipatore di calore e più comune nelle applicazioni commerciali. La temperatura dell’acqua è tipicamente controllata da una caldaia (riscaldamento) o da una torre di raffreddamento (raffreddamento) per rimanere entro limiti di temperatura definiti. Questo è tipicamente nell’intervallo da 15 a 35C, anche se alcuni possono estendersi un po’ di più in ogni direzione; e
• Pompa di calore a terra: Utilizza il terreno come fonte di calore o dissipatore di calore.

La definizione di pompa di calore geotermica ha probabilmente bisogno di qualche spiegazione in più, poiché è difficile immaginare una pompa di calore che pompa roccia e terra! È in questo elemento che una pompa di calore geotermica è semplicemente un’evoluzione della pompa di calore ad acqua. Dove la pompa di calore geotermica utilizza l’acqua pompata attraverso uno scambiatore di calore a terra come fonte di calore o dissipatore di calore.

Questa evoluzione è avvenuta nei primi giorni dei sistemi di geo scambio. I progettisti di sistemi si sono resi conto rapidamente che collegando una pompa di calore a fonte d’acqua a uno scambiatore di calore a terra si ottenevano temperature dell’acqua all’interno del sistema a circuito chiuso che superavano i limiti operativi della pompa di calore a fonte d’acqua.

Per esempio, l’estrazione di calore dal terreno in modalità riscaldamento diminuisce la temperatura dell’acqua all’interno dello scambiatore di calore a terra a circuito chiuso. Trattandosi di un sistema a circuito chiuso, la temperatura dell’acqua continuerà a diminuire fino a raggiungere il punto di arresto di sicurezza incorporato nella pompa di calore. Una pompa di calore ad acqua ha una caldaia (o simile) per mantenere una temperatura minima dell’acqua in entrata (EWT), cosa che non esiste con uno scambiatore di calore a terra.

È molto più conveniente modificare la gamma EWT della pompa di calore piuttosto che installare uno scambiatore di calore a terra significativamente più grande – così è nata la pompa di calore a terra!

Quindi, in sintesi, una pompa di calore a terra è semplicemente una pompa di calore “a gamma estesa”. La gamma EWT tipica di una pompa di calore geotermica è da -5C a 45C e quindi possono essere collegati scambiatori di calore geotermici significativamente più piccoli.

Le pompe di calore geotermiche sono disponibili in due tipi principali come segue:

• Pompa di calore geotermica acqua-aria: In modalità riscaldamento, trasferisce il calore dall’acqua all’interno dello scambiatore di calore del terreno all’aria all’interno dell’edificio. Nel contesto residenziale, questo è simile a un condizionatore d’aria canalizzato a ciclo inverso; o
• Pompa di calore acqua-acqua con sorgente a terra: In modalità riscaldamento, trasferisce il calore dall’acqua all’interno dello scambiatore di calore a terra all’acqua all’interno dell’edificio. Nel contesto residenziale, questo è il vostro sistema di riscaldamento idronico per il riscaldamento a pavimento, i radiatori o anche una piscina.

Tutte le pompe di calore geotermiche sono reversibili, quindi negli esempi di cui sopra è possibile produrre sia aria fredda che acqua refrigerata. Ci sono anche alcuni produttori che hanno sviluppato un’unità combinata che è in grado di produrre sia aria calda/fredda per sistemi canalizzati che acqua calda per il riscaldamento idronico.