Una pompa di calore è un dispositivo che prende il calore da una fonte e lo sposta in un'altra posizione attraverso mezzi elettrici o meccanici. Le pompe di calore possono essere utilizzate per riscaldare o raffreddare.
Le tecnologie a pompa di calore comprendono il cambio di fase, i dispositivi di raffreddamento termoelettrici, termoacustici e magnetici. HVAC e altri metodi di raffreddamento a cambiamento di fase sono di natura meccanica. Il cambio di fase funziona utilizzando un gas volatile (un refrigerante) che viene compresso meccanicamente in un liquido a bassa energia e quindi pompato attraverso un circuito. Il refrigerante viene fatto evaporare su una fonte di calore, assorbendo calore. Quindi si sposta per irradiare calore dal sistema in un'altra area e quindi di nuovo al compressore.
Il raffreddamento a cambiamento di fase viene utilizzato nei frigoriferi e nel riscaldamento e raffreddamento degli edifici, nonché nel raffreddamento estremo dell'elettronica. A causa della loro efficienza relativamente elevata, le pompe di calore HVAC vengono spesso utilizzate per carichi più grandi come data center e usi industriali in cui le loro grandi dimensioni non sono problematiche.
I refrigeratori termoelettrici sono pompe di calore elettriche. Un sistema di raffreddamento termoelettrico utilizza tipicamente una matrice di granuli semiconduttori inseriti tra due grandi elettrodi. Quando una sorgente di tensione CC è collegata tra gli elettrodi, il lato caricato negativamente diventa più freddo, mentre il lato caricato positivamente diventa più caldo della temperatura di ingresso.
Il lato negativo è posto a contatto con il componente, dispositivo o mezzo da raffreddare, mentre il lato positivo è collegato a un componente di raffreddamento, come un dissipatore di calore, che irradia o dissipa energia termica nell'ambiente esterno. I termoelettrici possono essere trovati in dimensioni compatte per il raffreddamento della microelettronica e una serie di applicazioni scientifiche.
Le pompe di calore termoacustiche utilizzano la conversione del calore in vibrazioni acustiche. La forza principale alla base della termoacustica è il movimento del calore insieme alla propagazione delle onde. Il raffreddamento termoacustico viene utilizzato nella criogenia.
Le pompe di calore magnetiche utilizzano la capacità di una serie di magneti di spostare il calore da un lato di raffreddamento a un lato di riscaldamento. Il calore viene trasferito in una lega ferromagnetica che viene trasferita dalla zona di raffreddamento ad un ambiente esterno in cui si irradia il calore. Si tratta di un campo più sperimentale, ma si stima che le pompe di calore magnetiche potrebbero migliorare l'efficienza di refrigerazione fino al 40 percento.