In sostanza la pompa di calore si basa sul ciclo termodinamico inverso, cioè, un complesso di trasformazioni termodinamiche che consente alla macchina, che lavora in modalità ciclica, di trasferire calore da un livello di temperatura inferiore ad uno superiore sfruttando l’apporto di energia gratuita dall’esterno (aria, acqua e terreno).

La pompa di calore sfrutta il circuito frigorifero, ovvero un circuito chiuso percorso da uno speciale fluido frigorifero che a seconda delle funzioni di temperatura e pressione assume lo stato di vapore e liquido.

Il circuito chiuso è formato da:

• un compressore, dove il fluido allo stato gassoso e a bassa pressione proveniente dall’evaporatore, viene portato ad alta pressione, riscaldandosi e assorbendo una certa quantità di calore;
• un condensatore, dove il fluido frigorigeno proveniente dal compressore passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’esterno;
• una valvola di espansione, dove il fluido proveniente dal condensatore si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda;
• un evaporatore, dove il fluido proveniente dalla valvola di espansione assorbe calore dall’esterno ed evapora completamente.

Il condensatore e l’evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè dei tubi posti a contatto con un fluido di servizio, acqua o aria, dove al loro interno scorre il fluido frigorigeno. Questo cede calore al condensatore e lo sottrae all’evaporatore.

Il mezzo esterno da cui si sottrae calore è detto sorgente fredda. Nella pompa di calore il fluido frigorigeno assorbe calore dalla sorgente fredda tramite l’evaporatore. Le sorgenti fredde sono:

• l’aria, esterna al locale dove è installata la pompa di calore;
• l’acqua, di falda, di fiume o di lago quando è presente in prossimità del locale dove si dovrà installare la pompa di calore;
• l’acqua, accumulata in serbatoi e riscaldati dalla radiazione solare;
• terreno, nel quale vengono inserite delle sonde geotermiche.

L’aria o l’acqua da riscaldare sono detti pozzo caldo. Il calore può essere ceduto all’ambiente attraverso:

• Ventilconvettori, dove l’acqua viene fatta circolare sopra corpi scaldanti;
• Serpentine, inserite nel pavimento;
• Canalizzazioni, che trasferiscono il calore prodotto nei diversi locali.

In commercio esistono diverse tipologie di pompe di calore che sfruttano le diverse tipologie di sorgenti (aria, acqua e terreno) e diversi pozzi caldi (aria e acqua). In base al tipo di accoppiamento tra sorgente fredda e pozzo caldo possiamo avere dei sistemi aria-aria, aria-acqua, acqua-acqua, acqua-aria e terra-acqua.