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Quando si ha a disposizione in prossimità dei locali da riscaldare e a profondità ridotta una sorgente di acqua di falda, di fiume o di lago, può essere conveniente installare una pompa di calore acqua-acqua. Tale dispositivo utilizza l'acqua di una delle sorgenti sopra citate come dispersore di calore. Il trasporto dell'energia termica è effettuato mediante la stessa acqua o mediante un liquido antigelo.
A differenza delle pompe di calore ad aria, quelle ad acqua possono funzionare in raffreddamento anche in modalità passiva: esse estraggono calore dall'edificio pompando nel sistema l'acqua fredda o il liquido antigelo, senza l'azione della pompa di calore vera e propria.
Il sistema di tubazioni che percorre il terreno può essere aperto o chiuso. Nel sistema aperto si estrae l'acqua dalla sorgente disponibile (falda, fiume o lago), la si porta fino allo scambiatore di calore e quindi la si scarica nuovamente nella sorgente o in un bacino appositamente costruito. Nel sistema chiuso il calore è sottratto alla sorgente per mezzo di una tubazione, con al suo interno un liquido antigelo mantenuto a bassa temperatura e pressurizzato.
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