Pompe di calore: cosa sono, come funzionano e quando utilizzarle

Le pompe di calore sono tecnologie utilizzate per il riscaldamento, il raffrescamento e la produzione di calore in ambiti molto diversi tra loro. Il termine è spesso associato all’efficienza energetica, ma racchiude soluzioni con principi di funzionamento, configurazioni impiantistiche e campi di applicazione anche molto differenti.

Per comprendere il reale potenziale di una pompa di calore è utile partire dalle basi: cosa sono, come funzionano e quali tipologie esistono, analizzando le differenze tra le principali soluzioni disponibili e il loro ruolo all’interno di un sistema energetico.

Cosa sono le pompe di calore

Le pompe di calore sono sistemi energetici progettati per trasferire energia termica da una sorgente a temperatura più bassa a un’utenza che richiede calore a una temperatura più elevata. Il loro elemento distintivo è che il calore non viene generato tramite combustione, ma reso disponibile attraverso un processo di trasferimento alimentato da energia elettrica.

Questo aspetto le differenzia dai generatori tradizionali e ne spiega il potenziale in termini di efficienza: la quantità di calore fornita non è direttamente proporzionale all’energia elettrica consumata, ma dipende dalla capacità del sistema di sfruttare una sorgente termica esterna. Tale sorgente può essere l’aria, l’acqua o il terreno, a seconda della configurazione impiantistica adottata.

In funzione della sorgente utilizzata e del fluido a cui il calore viene ceduto, le pompe di calore possono assumere configurazioni e prestazioni molto diverse. Per questo motivo non esiste un’unica “pompa di calore” valida per ogni contesto, ma una famiglia di soluzioni che trova applicazione in ambiti residenziali, terziari e industriali, all’interno di sistemi energetici più o meno complessi.

Come funzionano le pompe di calore

Il funzionamento di una pompa di calore si basa su un ciclo termodinamico chiuso che coinvolge quattro componenti principali: evaporatore, compressore, condensatore e valvola di espansione. All’interno del circuito circola un fluido refrigerante con proprietà tali da evaporare e condensare a temperature relativamente basse.

Nel primo stadio, il refrigerante assorbe calore dalla sorgente esterna e passa allo stato gassoso. Il compressore aumenta la pressione e la temperatura del fluido, che viene poi convogliato nel condensatore, dove cede calore all’utenza finale. Attraverso la valvola di espansione, il refrigerante ritorna infine alle condizioni iniziali, consentendo al ciclo di ripetersi in modo continuo.

L’energia elettrica richiesta dalla pompa di calore serve principalmente ad alimentare il compressore, mentre la maggior parte dell’energia termica utile proviene dalla sorgente esterna. È proprio questo equilibrio tra energia assorbita e calore trasferito che consente alle pompe di calore di raggiungere livelli di efficienza elevati rispetto ai sistemi di generazione convenzionali.

Quali sono le principali tipologie di pompe di calore

Le pompe di calore si distinguono principalmente in base a due criteri: la sorgente da cui viene prelevato il calore e il fluido al quale il calore viene ceduto. Questa distinzione è utile per comprendere le differenze operative, le prestazioni e i possibili ambiti di applicazione delle diverse soluzioni disponibili.

Le configurazioni più diffuse sono aria-aria, aria-acqua e acqua-acqua. Ognuna presenta caratteristiche specifiche che la rendono più o meno adatta a determinati contesti applicativi.

1. Pompe di calore aria-aria
   Le pompe di calore aria-aria utilizzano l’aria esterna come sorgente termica e trasferiscono il calore direttamente all’aria degli ambienti interni. Il trattamento dell’aria avviene tramite sistemi di distribuzione che immettono aria riscaldata o raffrescata negli spazi serviti.
   Uno dei principali punti di forza di questa tipologia è la semplicità impiantistica: non sono necessari circuiti idraulici, accumuli o sistemi complessi di distribuzione del calore. Questo rende le pompe di calore aria-aria particolarmente diffuse negli edifici residenziali e nel terziario leggero.
   Dal punto di vista operativo, offrono una risposta rapida alle variazioni di carico e una gestione relativamente semplice. Tuttavia, la distribuzione dell’aria può rappresentare un limite in contesti in cui sono richieste temperature uniformi o dove è già presente un impianto idronico.
    
2. Pompe di calore aria-acqua
   Le pompe di calore aria-acqua prelevano energia termica dall’aria esterna e la trasferiscono a un circuito idraulico. Il calore prodotto può essere utilizzato per alimentare impianti di riscaldamento a pavimento, radiatori o sistemi di accumulo termico.
   Questa tipologia rappresenta un equilibrio efficace tra semplicità di installazione e flessibilità applicativa. L’utilizzo di un circuito ad acqua consente una distribuzione del calore più omogenea e rende la pompa di calore integrabile anche con impianti esistenti, inclusi interventi di riqualificazione energetica.
   Le pompe di calore aria-acqua possono inoltre operare in modalità reversibile, fornendo raffrescamento durante i mesi estivi. Le prestazioni dipendono dalle condizioni climatiche esterne, ma i moderni sistemi di regolazione consentono una gestione efficiente anche in presenza di variazioni significative della temperatura dell’aria
    
3. Pompe di calore acqua-acqua
   Le pompe di calore acqua-acqua sfruttano una sorgente termica idrica, come falde acquifere, acque superficiali o circuiti di processo, caratterizzata da temperature generalmente più stabili rispetto all’aria esterna.
   Questa stabilità si traduce in prestazioni più costanti e, in molti casi, in livelli di efficienza superiori. Per questo motivo, le pompe di calore acqua-acqua trovano applicazione soprattutto in ambito industriale, dove la disponibilità di una sorgente termica continua consente di valorizzare appieno il potenziale della tecnologia.
   La progettazione di questi sistemi richiede un’analisi accurata delle condizioni locali e delle portate disponibili, ma permette di realizzare soluzioni particolarmente efficaci per applicazioni di media e grande scala.

Quali sono i principali vantaggi delle pompe di calore

L’adozione delle pompe di calore offre una serie di vantaggi che ne spiegano l’impiego in contesti molto diversi. Uno degli aspetti più rilevanti è la riduzione del fabbisogno di combustibili fossili per la produzione di calore, poiché l’energia termica non viene generata direttamente, ma trasferita a partire da una sorgente esterna.

Un ulteriore vantaggio è la capacità di valorizzare fonti di calore a bassa temperatura che altrimenti verrebbero disperse. L’aria esterna, l’acqua o il calore residuo di altri processi possono diventare sorgenti utili, contribuendo a migliorare l’efficienza complessiva del sistema energetico.

Dal punto di vista operativo, le pompe di calore offrono elevata flessibilità di utilizzo, potendo operare sia per il riscaldamento sia per il raffrescamento e adattarsi a profili di carico variabili. Questo aspetto è particolarmente rilevante nei sistemi in cui la domanda energetica cambia nel corso della giornata o delle stagioni.

Infine, le pompe di calore si integrano facilmente in sistemi di gestione e controllo avanzati, che permettono di monitorare le prestazioni, modulare la potenza e ottimizzare i consumi in funzione delle reali esigenze dell’utenza. L’integrazione con altri sistemi di generazione o con soluzioni di accumulo rafforza ulteriormente il ruolo della pompa di calore all’interno di un sistema energetico strutturato.

Integrazione tra pompe di calore e cogenerazione

Pompe di calore e cogenerazione vengono talvolta considerate tecnologie alternative, ma possono operare in modo complementare all’interno di un sistema energetico integrato. La loro combinazione consente di valorizzare in modo più completo l’energia disponibile, superando una gestione separata dei diversi vettori energetici.

In un sistema integrato, l’energia elettrica prodotta da un impianto di cogenerazione può alimentare una pompa di calore, contribuendo alla copertura dei fabbisogni termici. Allo stesso tempo, il calore recuperato dal processo di cogenerazione può essere ulteriormente sfruttato o innalzato di temperatura, rendendolo utilizzabile anche per applicazioni che richiedono livelli termici più elevati.

Questa logica consente di ampliare la gamma di carichi termici gestibili e di adattare la produzione di energia alle reali esigenze operative. Nei contesti più complessi, come impianti industriali o sistemi multiservizio, l’integrazione tra pompe di calore e cogenerazione permette una gestione più dinamica dei flussi energetici e un utilizzo più efficiente dell’energia primaria.

Le pompe di calore nel contesto dei sistemi energetici evoluti

Le pompe di calore sono oggi considerate componenti attive di sistemi energetici articolati, in cui la produzione e l’utilizzo del calore non vengono gestiti in modo isolato, ma coordinati con altre tecnologie di generazione, accumulo e controllo. Questo approccio consente di superare la logica della singola macchina, privilegiando una visione di sistema basata sull’interazione tra diversi vettori energetici.

All’interno di questi sistemi, le pompe di calore svolgono un ruolo chiave nella valorizzazione dell’energia disponibile, contribuendo a rendere più efficiente la gestione complessiva dei flussi termici ed elettrici. La possibilità di integrarsi con altre tecnologie consente di adattare il funzionamento del sistema alle reali esigenze operative, migliorando la continuità e la flessibilità dell’approvvigionamento energetico.

È in questa prospettiva che si inserisce l’estensione del know-how di 2G anche al settore delle pompe di calore. L’acquisizione, nel 2023, di un produttore europeo specializzato in soluzioni ad alta capacità e il successivo trasferimento della produzione presso il sito industriale in Germania hanno rappresentato un passaggio strategico per consolidare competenze e processi industriali. Anche il mercato italiano può oggi accedere a soluzioni per pompe di calore inserite in una visione integrata dei sistemi energetici, coerente con l’esperienza maturata da 2G nella progettazione e gestione di impianti complessi orientati all’efficienza nel lungo periodo.

Per approfondire questi temi, chiarire dubbi applicativi o valutare il ruolo delle pompe di calore all’interno di specifici contesti impiantistici, è possibile mettersi in contatto con il team 2G tramite il form dedicato e confrontarsi direttamente con i nostri esperti.