pompe di calore e termosifoni

Pompe di calore : come funzionano ?

Il principio di funzionamento delle pompe di calore è molto semplice: un fluido (aria o acqua) viene utilizzato come mezzo per trasferire il calore dall’esterno all’interno di un edificio che abbiamo la necessità di riscaldare o raffrescare.

La pompa di calore quindi non consuma l’energia primaria trasformandola in calore, come fanno ad esempio le caldaie, ma consuma l’energia elettrica necessaria per trasferire il calore naturalmente presente nell’aria.

Da un punto di vista energetico, la pompa di calore conviene per il suo straordinario rendimento, in quanto (in condizioni ottimali) da 1 kWh di energia elettrica possono essere prodotti anche fino a 4 kWh di energia termica.

Come vedremo ci sono comunque aspetti importanti da prendere in considerazione quando si valuta l’installazione delle pompe di calore: ad esempio la temperatura esterna e la temperatura di mandata (che dipende dal tipo di impianto, a pannelli radianti o termosifoni).

Le pompe di calore si dividono in due categorie:

  1. Pompe di calore elettriche: utilizzano energia elettrica ed il fluido refrigerante è un gas (R410A o R32)
  2. Pompe di calore ad assorbimento: utilizzano gas metano o il GPL ed il fluido refrigerante è generalmente ammoniaca

Pompe di calore elettriche

Le pompe di calore elettriche funzionano per mezzo di un compressore alimentato appunto da energia elettrica che permette di prelevare il calore presente nell’aria esterna e di utilizzarlo per scaldare aria o acqua.

Possono avere una temperatura massima di mandata anche di 55/60°C ma il rendimento elevato che le fa preferire alle caldaie e che le rende “fonti rinnovabili” lo si ottiene al di sotto dei 45°C. Ne esistono 3 varianti:

  1. Pompe di calore aria/aria
  2. Pompe di calore aria/acqua
  3. Pompe di calore geotermiche

Pompe di calore aria/aria

Aria - ariaSono i classici condizionatori / climatizzatori. Il condensatore cede calore all’aria degli ambienti da riscaldare e l’evaporatore raffredda l’aria esterna. Con temperature esterne basse (sotto i 4°C) il rendimento subisce un brusco abbassamento.

Riscaldare casa con un sistema aria-aria è indicato per i climi miti, mentre nelle zone dal clima più rigido lo si può considerare come un’integrazione ad un impianto preesistente, ad esempio per le mezze stagioni o prima della stagione invernale.

E’ utile valutare questo sistema di riscaldamento se sono installati dei sistemi ad energia rinnovabile come il fotovoltaico. Nel caso infatti sia già presente l’impianto fotovoltaico è ragionevole pensare di optare per un sistema di climatizzazione (invernale ed estivo) ad elettricità.

Pompe di calore aria/acqua

Aria - acqua

In questo caso il condensatore cede calore all’acqua dell’impianto e l’evaporatore raffredda l’aria esterna. Anche in questo caso, con temperature esterne basse (sotto i 7°C) il rendimento subisce un brusco abbassamento per cui va verificato bene il suo impiego caso per caso.

Pompe di calore geotermiche

pompe di calore geotermiche

La pompa di calore geotermica trae beneficio dalla temperatura costante presente nel sottosuolo. Già a una profondità di circa 4 metri, il terreno mantiene nel corso dell’anno una temperatura media compresa tra i 10° e i 15°.

Le sonde, possono essere installate sia in orizzontale sia in verticale. Le sonde posizionate in orizzontale necessitano di una superficie più ampia mentre quelle in verticale hanno bisogno di arrivare in profondità. Il liquido termovettore presente nelle tubazioni raccoglie il calore presente nel terreno e lo porta alla pompa di calore.

La pompa di calore geotermica, oltre che terra-acqua, può essere anche acqua-acqua che sfrutta il calore delle falde sotterranee. Nel caso si valuti una pompa di calore acqua-acqua occorre fare attenzione alle temperature limite e alle portate concesse dalle normative vigenti.

In inverno la pompa di calore sfrutta quindi una fonte di calore che ha una temperatura (10-15 gradi) ben più alta dell’aria esterna (si solito inferiore a 10°). In estate la stessa pompa di calore permette di utilizzare la stessa fonte di calore per raffrescare l’edificio.

L’installazione di una pompa di calore geotermica è di solito presa in considerazione durante la costruzione di un nuovo edificio o in vista di una ristrutturazione importante dell’edificio.

Pompe di calore ad assorbimento

Le pompe di calore ad assorbimento funzionano per mezzo di un bruciatore alimentato a gas metano o GPL.

In questo caso la temperatura massima di mandata può essere anche di circa 65°C e la temperatura esterna influisce meno sul rendimento (anche se i rendimenti migliori si ottengono con temperature di mandata intorno ai 50°C e temperatura esterna sopra ai 7°C). Hanno però costi molto alti.

Le pompe di calore ad assorbimento a metano sono di solito utilizzate nella climatizzazione e nella produzione di acqua calda sanitaria in grossi edifici. Non sono la soluzione da adottare nel caso di un appartamento o di una casa mono o bifamiliare dove è certamente da preferire la pompa di calore elettrica anche nell’ottica di realizzare una casa “No GAS”.

Maggiori informazioni di tipo tecnico puoi trovarle su Wikipedia

Schema di funzionamento delle pompe di calore aria/acqua

pompa di calore - schema del circuito

Dallo schema si può notare che per produrre l’energia termica necessaria per il riscaldamento la pompa di calore ha ovviamente bisogno di energia elettrica per far funzionare il “circuito frigorifero” (in particolare il compressore) ma il vantaggio è che utilizzando 1 kWh di energia elettrica può produrre 4 kWh termici.

Questo rapporto (energia termica prodotta / energia elettrica utilizzata) si chiama COP (coefficiente di prestazione).

Il COP non è sempre uguale a 4, può variare in alto o in basso sulla base principalmente di 2 fattori: la temperatura esterna e la temperatura di “mandata” vale a dire la temperatura dell’acqua dell’impianto di riscaldamento nel caso di pompa di calore aria – acqua.

Di conseguenza è importante valutare attentamente la situazione specifica nella quale si intende installare la pompa di calore poiché in condizioni non ottimali i consumi elettrici (e quindi i costi) potrebbero essere molto più elevati di quelli previsti.

Le maggior parte delle pompe di calore “commerciali” raggiungono le massime prestazioni (COP uguale o superiore a 4) con temperature esterne non troppo basse (non inferiori ai 7 gradi) e temperature di mandata non troppo elevate (intorno ai 35 gradi).

Il loro utilizzo ideale è in abbinamento a sistemi di riscaldamento a pavimento radiante e in tutte quelle applicazioni che richiedono temperature di mandata dell’acqua inferiori a 40°C. Più avanti vedremo che è comunque possibile utilizzare una tipologia di pompe di calore anche con temperature esterne inferiori a 7° e temperature di mandata superiori a 40°.

Come dimensionare la pompa di calore ?

Quando dobbiamo scegliere una pompa di calore è importante calcolare la potenza corretta per evitare di installarla sottodimensionata o sovradimensionata. Come fare ? Vedi l’articolo dedicato a questo argomento.

Pompa di calore monoblocco / splittata

Una sistema in pompa di calore può essere “monoblocco” o “splittato”. Nel sistema monoblocco l’unità esterna provvede a scaldare l’acqua che viene poi portata in casa attraverso una tubazione interrata.

Nel sistema splittato l’unità esterna provvede a scaldare il gas che viene poi portato all’interno dell’edificio dove (attraverso l’evaporatore) cede il calore all’acqua che verrà poi immessa nel circuito di riscaldamento (o nell’accumulo tecnico.

pompa di calore - monoblocco e splittata

In linea generale si può dire che la pompa di calore monoblocco prevede un’installazione più semplice di quella splittata poiché tutto il sistema (condensatore/compressore/evaporatore) si installa all’esterno.

La pompa splittata ha dal suo canto un vantaggio in quanto l’acqua calda viene prodotta all’interno dell’edificio avendo quindi minori dispersioni di energia termica.

Pompa di calore ad inverter / on-off

Un’altra distinzione fra le pompe di calore aria / acqua (quelle più diffuse per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria) è fra quelle che utilizzano la tecnica ad inverter e quelle che usano la tecnica on-off.

Inverter: in questo caso la pompa di calore rimane sempre in funzione ma regola la sua potenza in base alla differenza tra la temperatura in ingresso dell’acqua (ritorno dell’impianto) e la temperatura di mandata. La pompa di calore ad inverter non si spegne praticamente quasi mai perché continua a modulare il consumo di energia per mantenere stabile la temperatura dell’acqua di mandata

On-off: le pompe di calore on-off funzionano al 100% della loro potenza finché non raggiungono la temperatura di mandata richiesta, poi si spengono.

Quando conviene installare una pompa di calore ?

La pompa di calore è un ottimo strumento ma va valutato caso per caso.

Nelle seguenti situazioni la scelta della pompa di calore è quella migliore:

  1. La tua casa ha un buon isolamento termico o pensi di farlo: consigliamo Innanzitutto di isolare la casa e poi pensare alle fonti energetiche
  2. Hai un impianto a GPL e devi/vuoi sostituirlo con un sistema più efficiente
  3. Hai un impianto fotovoltaico o pensi di installarlo. L’impianto deve essere ben dimensionato ma può essere un ottimo accoppiamento
  4. Hai un impianto di riscaldamento a pannelli radianti o pensi di installarlo: lavorando a basse temperature pompa di calore e impianto radiante sono la combinazione ottimale

Negli altri casi non è detto che non si possa installare una pompa di calore ma questa soluzione va valutata con attenzione attraverso una diagnosi di costi e benefici per essere sicuri di fare la scelta giusta e ottenere i risultati desiderati sia dal punto di vista economico sia dal punto di vista del comfort.

Conviene installare la pompa di calore con i termosifoni ?

pompe di calore e termosifoniSe in casa si ha una caldaia a gasolio, metano o GPL con cui si hanno costi importanti per il riscaldamento ci viene spesso chiesto se si può installare al loro posto una pompa di calore.

Diciamo subito che per impianto di riscaldamento ad alta temperatura il generatore migliore potrebbe essere una caldaia a biomassa ma non tutti hanno la possibilità di installarla (per problemi di spazio) o di seguirla (caricamento del pellet, ecc.) per cui il sistema che in termini di gestione impegna meno è appunto la pompa di calore.

Come abbiamo già visto, la pompa di calore è un sistema di generazione di calore che funziona al massimo dell’efficienza quando la temperatura esterna non è troppo bassa (non inferiore ai 5 gradi) e la temperatura di mandata (quella dell’acqua che circola nell’impianto di riscaldamento) è relativamente bassa (intorno ai 35 gradi).

Se la temperatura di mandata, come per gli impianti con termosifoni (che sarebbe più corretto chiamare radiatori ma usiamo il termine che è ormai di uso comune), deve essere superiore ai 50 gradi, i consumi elettrici per far funzionare la pompa di calore aumentano considerevolmente perchè le pompe di calore in commercio non sono adatte per una temperatura di mandata così alta. Sono più adatte per temperature di mandata per impianti di riscaldamento a pavimento radiante  (intorno ai 35 gradi).

Cosa fare quindi se si hanno i termosifoni ?

Occorre valutare una “pompa di calore professionale“.

Le pompe di calore “commerciali” sono quasi tutte prodotte da aziende di climatizzatori o di caldaie a gas che hanno poi riconvertito in pompe di calore per riscaldamento (con tutti gli svantaggi del caso).

Le pompe di calore “professionali” sono prodotte da aziende che le hanno progettate fin da subito come pompe di calore per riscaldamento.

Questi prodotti sono quindi in grado di lavorare con un coefficiente di prestazione (COP) ottimale anche con temperature esterne molto basse e temperature di mandata di 55 gradi.

Ma tutto ciò potrebbe essere non sufficiente proprio perché le pompe di calore, anche se professionali, lavorano in maniera ottimale con temperature di mandata di 55 gradi mentre di solito se si hanno i termosifoni la temperatura dell’acqua può essere di 65 gradi o maggiore.

Quindi per approfondire ulteriormente l’argomento occorre verificare anche il tipo di termosifoni presenti nell’abitazione:

  • Quelli in alluminio sono i più adatti perché permettono di lavorare anche con temperature dell’acqua di 45-50 gradi
  • Quelli in acciaio tubolare possono andare abbastanza bene perché possono lavorare a temperature di 55-60 gradi
  • Quelli in ghisa sono i più critici perché di norma necessitano di temperature più alte, 65-70 gradi

Oltre alla tipologia di termosifone conta anche la dimensione: maggiore è la dimensione, maggiore sarà la sua potenza termica prodotta. Vale a dire che se nella stessa stanza posizionamo un radiatore più grande, per produrre la stessa potenza termica sarà sufficiente una temperatura dell’acqua inferiore.

Come possiamo verificare se i termosifoni della nostra casa possono lavorare con la pompa di calore professionale ?

Si può iniziare con un testo provando ad abbassare la temperatura di mandata dell’impianto di riscaldamento e portarla a 55°. Se tale temperatura sarà comunque sufficiente a scaldare l’ambiente allora sarà quasi certo che si potrà installare una pompa di calore nell’abitazione.

Ovviamente non basterà questa semplice verifica ma, per capire se la pompa di calore fa al caso nostro, occorrerà verificare nel dettaglio tutti gli aspetti tecnici ed economici.

Agevolazioni fiscali

Installando un impianto a pompa di calore si possono avere importanti agevolazioni.

Esistono tre tipi di agevolazioni fiscali:

  1. Detrazione fiscali del 65% per la riqualificazione energetica, il cosiddetto Ecobonus;
  2. Conto termico 2.0
  3. Detrazione del 50% per il risparmio energetico sulla ristrutturazione edilizia, ovvero il 50% sulle spese sostenute.

Cosa fare se vuoi approfondire l’argomento

Qualora fossi interessato ad installare una pompa di calore, la prima cosa che ti consigliamo di fare è richiedere un sopralluogo di un professionista che ti possa far conoscere al meglio le varie soluzioni e proporti quella più adatta per la tua casa.

Rivolgiti a Ecostili

Rivolgendoti ad Ecostili avrai una consulenza professionale per scegliere la soluzione migliore per la tua casa. Una volta deciso quali lavori realizzare ti permette inoltre di avere un unico referente in tutte le fasi successive:

  1. Gestione delle pratiche necessarie per iniziare i lavori (che possono variare a seconda del tipo d’intervento previsto)
  2. Coordinamento delle varie fasi d’intervento fino al completamento dei lavori
  3. Disbrigo delle pratiche per ottenere le detrazioni fiscali

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