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Aug 01, 2023

Le pompe di calore elettriche per le case potrebbero essere la tecnologia pulita ed ecologica del futuro

CREDIT: DANA SMITH Heat pumps offer a green, effective way to heat homes using

CREDITO: DANA SMITH

Le pompe di calore offrono un modo ecologico ed efficace per riscaldare le case utilizzando l’elettricità, non i combustibili fossili. I nuovi design li rendono più efficienti e adatti a più condizioni.

Il pensiero innovativo ha eliminato i problemi che a lungo affliggevano i dispositivi elettrici – e sia gli scienziati che gli ambientalisti sono entusiasti delle possibilità

Di Chris Baraniuk il 01/11/2023

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Si trattava di un problema tecnico che aveva infastidito Zhibin Yu per anni, ma ora aveva l'occasione perfetta per risolverlo. Bloccato a casa durante il primo lockdown nel Regno Unito causato dalla pandemia di Covid-19, l'ingegnere termico ha improvvisamente avuto tutto il tempo necessario per affinare l'efficienza delle pompe di calore: dispositivi elettrici che, come suggerisce il nome, spostano il calore dall'esterno nelle case delle persone .

Le pompe sono molto più efficienti dei riscaldatori a gas, ma i modelli standard che assorbono il calore dall'aria tendono a ghiacciare, il che riduce notevolmente la loro efficacia.

Yu, che lavora all’Università di Glasgow, nel Regno Unito, ha riflettuto sul problema per settimane. Lesse un articolo dopo l'altro. E poi ebbe un'idea. La maggior parte delle pompe di calore spreca parte del calore che genera e, si rese conto, se fosse riuscito a catturare quel calore di scarto e deviarlo, ciò avrebbe potuto risolvere il problema dello sbrinamento e aumentare le prestazioni complessive delle pompe. "All'improvviso ho trovato una soluzione per recuperare il calore", ricorda. "È stato davvero un momento fantastico."

L'idea di Yu è una delle numerose innovazioni recenti che mirano a rendere la tecnologia delle pompe di calore, vecchia di 200 anni, ancora più efficiente di quanto non lo sia già, aprendo potenzialmente la porta a un'adozione molto maggiore delle pompe di calore in tutto il mondo. Secondo l’Agenzia Internazionale per l’Energia (IEA), ad oggi solo il 10% circa del fabbisogno di riscaldamento degli ambienti in tutto il mondo è soddisfatto dalle pompe di calore. Ma a causa dell’attuale crisi energetica e della crescente pressione per ridurre il consumo di combustibili fossili al fine di combattere il cambiamento climatico, questi dispositivi sono probabilmente più cruciali che mai.

Dopo il brainstorming sul lockdown del 2020, Yu e i suoi colleghi hanno costruito un prototipo funzionante di una pompa di calore che immagazzina il calore residuo in un piccolo serbatoio d’acqua. In un articolo pubblicato nell’estate del 2022, descrivono come il loro design aiuta la pompa di calore a utilizzare meno energia. Inoltre, reindirizzando separatamente parte di questo calore residuo alla parte della pompa di calore esposta all'aria fredda, il dispositivo può sbrinarsi automaticamente quando necessario, senza dover interrompere la fornitura di calore alla casa.

L’idea si basa sul principio stesso su cui funzionano le pompe di calore: se riesci a catturare il calore, puoi usarlo. Ciò che rende speciali le pompe di calore è il fatto che invece di limitarsi a generare calore, catturano anche il calore dall’ambiente e lo trasferiscono all’interno della casa, trasferendolo infine ai radiatori o ai sistemi di riscaldamento ad aria forzata, ad esempio. Ciò è possibile grazie al refrigerante che circola all'interno di una pompa di calore. Quando il refrigerante incontra calore, anche una piccola quantità nell’aria in una giornata fredda, assorbe quella minima quantità di calore.

Un compressore quindi forza il refrigerante a una pressione più elevata, che ne aumenta la temperatura fino al punto in cui può riscaldare la casa. Funziona perché un aumento di pressione spinge le molecole del refrigerante più vicine tra loro, aumentandone il movimento. Successivamente il refrigerante si espande nuovamente, raffreddandosi e il ciclo si ripete. L'intero ciclo può funzionare anche al contrario, consentendo alle pompe di calore di fornire raffreddamento quando fa caldo in estate.

Le pompe di calore ad aria, il modello più comune, catturano il calore dall'aria esterna.

La magia di una pompa di calore è che può spostare più kilowattora di calore per ogni kWh di elettricità utilizzata. L’efficienza delle pompe di calore viene generalmente misurata in termini di coefficiente di prestazione (COP). Un COP di 3, ad esempio, significa che 1 kWh di succo produce 3 kWh di calore: un'efficienza effettiva del 300%. Il COP ottenuto dal tuo dispositivo può variare a seconda del tempo e di altri fattori.