Storia della pompa di calore

La storia della pompa di calore inizia con l'enorme richiesta di raffreddamento e con lo sviluppo delle prime macchine frigorifere. Nel 1834 fu inventata la prima macchina a compressione di vapore per la produzione di ghiaccio artificiale, che conteneva già tutti i componenti di una moderna pompa di calore.

A partire dal 1850 questa macchina fu utilizzata per generare calore. Fu impiegata principalmente nei processi di evaporazione per la produzione di sale comune nelle saline, al fine di risparmiare l'enorme quantità di legna e carbone altrimenti necessaria. La compressione del vapore è stata quindi la prima applicazione della pompa di calore.  A quanto è dato sapere, la prima pompa di calore utilizzata a scopo di puro riscaldamento fu installata nel 1857 nelle saline di Ebensee, nell'Alta Austria.

La prima pompa di calore in Svizzera fu messa in funzione nelle saline di Bex nel 1877. Questo impianto presentava un processo con pompa di calore aperta e produceva circa 175 kg di sale comune all'ora in esercizio continuo.

Un momento storicamente importante fu l'installazione della pompa di calore nel municipio di Zurigo per sostituire le stufe a legna dei singoli locali. Il fiume Limmat, con una temperatura media di 7 °C durante il periodo di riscaldamento, era una fonte di calore ideale. L'acqua del fiume veniva raffreddata di circa 1,5 K, la potenza termica nominale era di 100 kW. Veniva raggiunta una temperatura di mandata del riscaldamento di 60 °C e fu installato un boiler riscaldato elettricamente per coprire i carichi massimi. Per la prima volta in Europa la pompa di calore poteva essere utilizzata anche per il raffreddamento dei locali in estate.

Durante e dopo la prima guerra mondiale l’importazione di energia in Svizzera si rese più difficile. Già nel 1918 si discuteva l'introduzione di pompe di calore per il riscaldamento. Prima e durante la seconda guerra mondiale si fece sentire la carenza di carbone. Tra il 1937 e il 1955 furono costruite e messe in esercizio in Svizzera ben 60 pompe di calore. Le principali fonti di calore erano l'acqua di lago, l'acqua di fiume, l'acqua freatica e il calore residuo.

Le unità di climatizzazione per il raffreddamento e il riscaldamento avevano grande successo negli Stati Uniti e in Giappone, ma trovavano scarso interesse nell'Europa centrale e settentrionale. In Francia e Germania, per esempio, le pompe di calore furono impiegate solo sporadicamente.

Il costante calo dei prezzi del petrolio negli anni '50 e '60 e il contemporaneo aumento dei prezzi dell'energia elettrica provocarono la stagnazione delle vendite e dello sviluppo delle pompe di calore. Il know how relativo alle pompe di calore servì tuttavia per il perfezionamento delle unità di climatizzazione.

L'embargo petrolifero del 1973 e la seconda crisi petrolifera del 1979/1980 aumentarono di nuovo l’interesse per le energie alternative, favorendo notevolmente l'ulteriore sviluppo della tecnologia delle pompe di calore. A causa dell’ignoranza tecnologica e dello scetticismo diffusi fu necessario un grande lavoro di persuasione presso aziende del settore riscaldamento, architetti, committenti e autorità. Si verificò comunque un vero e proprio boom delle pompe di calore, che si interruppe poi bruscamente a causa della tecnologia immatura e del nuovo calo dei prezzi del petrolio.

Le pompe di calore per case unifamiliari e bifamiliari sviluppate in Svizzera utilizzavano principalmente l'aria ambiente e la terra come fonte di calore e coprivano un campo di potenza da 10 fino a 50 kW. Raggiungevano un coefficiente di lavoro annuo modesto, da 1,9 fino a 2,3.

Negli anni '70 gli scambiatori di calore a piastre conquistarono il mercato della refrigerazione e delle pompe di calore. Inoltre cominciò la produzione di compressori scroll e compressori a vite. L'introduzione dei microprocessori per migliorare la tecnica di regolazione fu un'altra pietra miliare nell’evoluzione tecnologica delle pompe di calore.

A partire dagli anni '90 sono state rese disponibili pompe di calore sempre più efficienti, affidabili ed economiche. I crescenti problemi ambientali e l'aumento dei prezzi del petrolio hanno aumentato l'interesse per i sistemi di riscaldamento alternativi. Dopo il 1998 la quota di mercato delle pompe di calore nelle nuove abitazioni unifamiliari ha superato il 75%. La pompa di calore si è ormai affermata anche nel settore delle ristrutturazioni, ove il potenziale è ancora enorme.

In Europa fu promosso precomente lo sviluppo di pompe di calore con refrigeranti naturali. Poiché i refrigeranti sintetici e naturali hanno proprietà termodinamiche e chimiche diverse, l’adozione dei secondi richiede una nuova progettazione o almeno l’adattamento dei componenti principali, come gli scambiatori di calore e i compressori, nonché l’adeguamento della tecnica di regolazione. Ulteriori sfide in questo sviluppo sono la compatibilità dei materiali e la riduzione al minimo della quantità di refrigerante.

STIEBEL ELTRON presentò e lanciò sul mercato la prima pompa di calore a propano ancora nel 1993.