Le pompe di calore ad assorbimento: principi di funzionamento

Le pompe di calore ad assorbimento sono delle unità con la medesima funzione delle pompe di calore tradizionali: riscaldare (o raffreddare) un fluido secondario, normalmente acqua.

Per farlo anche queste pompe di calore lavorano necessariamente con due sorgenti termiche una a bassa temperatura e una ad alta temperatura. Il termine “pompa di calore” deriva proprio dall’idea di “pompare” calore da una sorgente fredda ad una sorgente calda.

La differenza maggiore tra le pompe di calore ad assorbimento e le pompe di calore tradizionali (o elettriche) a gas è l’assenza della fase di compressione. In questa tipologia di macchine la fase di compressione è totalmente sostituita con due fasi distinte: la generazione e l’assorbimento.

Funzionamento di una pompa di calore ad assorbimento:

• La fonte energetica primaria (solitamente un bruciatore) è utilizzata per aumentare la temperatura della soluzione refrigerante-assorbente. Questo innalzamento di temperatura crea la separazione dei due componenti per evaporazione del refrigerante lungo la colonna di distillazione. Questi primi componenti della pompa di calore hanno la funzione del compressore nelle unità elettriche;

• Dopo la separazione, il fluido refrigerante in forma di vapore passa attraverso il rettificatore dove si separa ulteriormente dall’eventuale residuo d’acqua per poi entrare nello scambiatore di calore (solitamente a fascio tubiero) (5): il fascio tubiero è il parallelo del condensatore delle pompe di calore elettriche;

• In questo scambiatore a fascio tubiero avviene la condensazione e quindi la cessione di calore dal fluido primario al fluido secondario: l’acqua.  E’ questo il principale scopo della pompa di calore; cioè riscaldare una portata d’acqua, ed è proprio nel fascio tubiero che avviene questo scambio;

• Il refrigerante dopo essere uscito dal condensatore, passa attraverso una serie di laminazioni successive, dove diminuisce progressivamente di pressione e dove si ha un abbassamento della temperatura.  La temperatura di “arrivo” sarà quella che permetterà al fluido di scambiare calore (in questo caso di assorbire) dall’aria;

• In questa fase il refrigerante, prelevando calore dall’aria esterna, evapora. In sostanza raffredda l’aria sottraendo calore. Passando nello scambiatore (7) e successivamente nel pre-assorbitore (9), il refrigerante si surriscalda e, unendosi con l’acqua (nel preassorbitore), da luogo alla fase di assorbimento. Questa trasformazione è fortemente esotermica, ossia per funzionare deve essere tolta energia;

• Nel pre-assorbitore questa  energia viene utilizzata per pre-riscaldare la soluzione acqua-refrigerante. Per completare la reazione d’assorbimento, la soluzione viene inviata nuovamente allo scambiatore di calore a fascio tubiero (5). In questa fase del ciclo, lo scambiatore funge da assorbitore e consente di cedere all’acqua dell’impianto  termico una sensibile quantità d’energia termica;

• La soluzione acqua refrigerante che esce dallo scambiatore (5) è inviata dalla pompa (10) nuovamente al generatore, passando nuovamente per il pre-assorbitore (9) e il rettificatore (3) dove si pre-riscalda recuperando calore dal ciclo stesso. Da qui il ciclo frigorifero si ripete.