LA POMPA DI CALORE
Analizzando il ciclo frigorifero, abbiamo visto che l'effetto ottenuto è quello di trasferire calore da un ambiente interno ad uno esterno, non abbiamo però dato alcuna importanza al calore ceduto all'aria esterna, considerandolo come perduto in quanto ciò che interessava era raffreddare l'aria interna. Questo calore può essere invece utilizzato dato che il calore ceduto all'ambiente può risultare molto utile d'inverno per riscaldare l'ambiente stesso.
L'idea è molto semplice. Tenendo fissi i due scambiatori di calore, se al posto di percorrere il circuito frigorifero in senso antiorario come abbiamo visto finora, lo percorriamo in senso orario, l'evaporatore, che prima raffreddava l'aria, diventa un condensatore in grado di riscaldarla. Questa inversione del ciclo è realizzata in un climatizzatore che funziona anche come pompa di calore. Esso sarà in grado di raffreddare l'ambiente in estate e riscaldarlo in inverno solo percorrendo il ciclo frigorifero in senso orario o in senso antiorario. L'inversione richiede l'inserimento nel circuito di una valvola a quattro vie che permetta, a seconda della funzione su cui è commutata, di inviare il fluido in uscita dal compressore, indifferentemente nella batteria interna o in quella esterna che in questo caso non sono state indicate coi termini di condensatore ed evaporatore in quanto si scambiano vicendevolmente le loro funzioni.
Nel caso di funzionamento estivo il percorso del fluido è quello descritto per il climatizzatore, con la parte calda costituita dalla batteria esterna che si comporta da condensatore.
Nel caso di funzionamento invernale il cassetto interno della valvola a 4 vie si è spostato mettendo in comunicazione il lato ad alta pressione del compressore (mandata/scarico) con la batteria interna che diventa calda e si comporta da condensatore, ed il lato a bassa pressione (aspirazione) con la batteria esterna che diventa fredda e si comporta da evaporatore: abbiamo così realizzato un ciclo che utilizza il calore del condensatore che nel caso estivo veniva invece disperso.
Dato che la batteria esterna opera con temperature basse, l'aria esterna incontrando una superficie molto fredda tenderà a produrre una notevole quantità di acqua derivante dalla condensazione del vapore d'acqua dell'aria. Si dovrà perciò fare attenzione, nel posizionare l'unità di un climatizzatore in pompa di calore, che nel funzionamento invernale sarà l'unità esterna a produrre acqua di condensa e non quella interna come avviene nel funzionamento estivo.
Lo scambiatore dell'unità esterna trovandosi a lavorare a temperature ambientali molto basse e con alti tassi di umidità tende a ricoprirsi di brina riducendo così la sua efficienza pertanto, al verificarsi di questo inconveniente, il climatizzatore dovrà temporaneamente interrompere il funzionamento in pompa di calore per eseguire un ciclo di sbrinamento.
Questo fatto, unitamente alla bassa temperatura esterna, ha fatto sì che fino a pochi anni fa il riscaldamento in pompa di calore non fosse consigliabile quale riscaldamento primario in presenza di temperature esterne basse (< 5°C) e con alti tassi di umidità, specialmente ove fosse stato necessario il riscaldamento di abitazioni (uffici e negozi meritano una considerazione particolare). L'introduzione dei sistemi DC Inverter unitamente a importanti miglioramenti strutturali delle macchine ha oggi permesso la realizzazione di climatizzatori in grado di funzionare in pompa di calore fino a temperature esterne di -15°C con buoni rendimenti.
Grazie a questi sistemi e, per gli impianti più grossi, alla realizzazione di macchine con tecnologia VRF rende oggi possibile e spesso energeticamente conveniente la realizzazione di sistemi di riscaldamento ad espansione diretta.