Condividi su
La transizione energetica sta portando a un crescente interesse verso sistemi di riscaldamento ad alta efficienza come le pompe di calore.
Grazie al loro ridotto impatto ambientale e ai consumi contenuti, rappresentano oggi una tecnologia strategica per gli ambienti: vediamo insieme al nostro ingegnere Pierluigi Di Luccia come funzionano e quali fattori c considerare in fase di acquisto.
Il principio alla base del funzionamento delle pompe di calore è perfettamente analogo a quello dei comuni frigoriferi domestici: si tratta di un circuito in cui circola un gas refrigerante, che viene compresso e de-compresso in maniera continuativa.
La differenza tra un frigorifero ed una pompa di calore è la finalità con cui la macchina viene costruita: da un lato un sistema che permette di raffreddare e mantenere freddo un piccolo ambiente confinato, dall’altro un sistema pensato per riscaldare (o anche raffreddare, all’occorrenza) un intero ambiente.
FASE 1 – COMPRESSIONE il gas refrigerante viene compresso dal “compressore” ( alimentato dall’energia elettrica), che lo porta a una temperatura più alta di quella dell’ambiente da servire, affinché possa riscaldare l’acqua del circuito di riscaldamento (tarata ad esempio sui 45°C nel caso di impianto con fan-coils).
FASE 2 CONDENSAZIONE il gas caldo passa in un dispositivo detto “condensatore”, dove cede il calore all’acqua che, una volta raggiunta la temperatura programmata, viene direzionata ai terminali, che possono essere i fan-coils, i termosifoni o l’impianto radiante a pavimento. È qui che avviene il vero e proprio processo di riscaldamento dell’ambiente.
FASE 3 LAMINAZIONE Dopo aver ceduto il proprio calore, il gas refrigerante passa attraverso una valvola di laminazione, che riduce la sua pressione, facendo scendere la sua temperatura al di sotto della temperatura dell’ambiente esterno.
FASE 4: EVAPORAZIONE Più la temperatura esterna è bassa, più il gas deve essere raffreddato affinché ci sia lo scambio di calore tra l’aria esterna e il gas. Questo avviene nell’evaporatore (che solitamente è l’unità esterna della pompa di calore), dotato di ventilatore. La ventola spinge l’aria esterna (più calda) all’interno dell’evaporatore, riscaldando il gas, che può tornare al punto di partenza per essere nuovamente compresso.
Lo scambio termico che avviene tra l’aria esterna e il gas è assolutamente “gratuito”: questa è la chiave dell’efficienza energetica delle pompe di calore! Mentre l’energia elettrica utilizzata per comprimere il gas ha un costo, l’energia termica dell’aria non costa nulla: potremmo dire che la pompa di calore permette di “rubare” calore all’aria esterna, ed utilizzarlo per riscaldare l’acqua che andrà ad alimentare l’impianto di riscaldamento.
Questa caratteristica, propria delle pompe di calore, permette di avere una “efficienza” maggiore del 100%, intesa come rapporto tra energia termica ottenuta ed energia elettrica consumata.
Ad oggi, l’efficienza delle pompe di calore, che prende il nome di COP (acronimo di Coefficient of Performance) ha un valore compreso mediamente tra 3 e 5, vale a dire che per ogni kWh di energia elettrica spesa per riscaldare l’ambiente, si ottengono tra i 3 e i 5 kWh di calore, a seconda della specifica macchina e delle condizioni operative.
Il climatizzatore è esso stesso una pompa di calore: la differenza con la pompa di calore aria-acqua (o idronica) è che quest’ultima si interfaccia con un circuito dell’acqua, che, una volta riscaldata, viene veicolata ai fan-coils o in generale all’impianto riscaldamento.
Invece, i climatizzatori (detti in gergo “pompe di calore con condensazione ad aria”) cedono il loro calore direttamente all’aria e non ad un circuito ad acqua. In altre parole, i così detti “climatizzatori” non sono altro che pompe di calore la cui fase di condensazione avviene nell’ ambiente, attraverso le unità interne, tipicamente a muro o a parete (così detti “split”).
COSTO:
Dal punto di vista dell’investimento iniziale, sembrerebbe più conveniente ripiegare su un impianto termico con caldaia, abbinando i climatizzatori per il raffrescamento degli ambienti, sia per il costo inferiore del climatizzatore, sia per l’installazione delle macchine.
Tuttavia, è bene tener presente che i climatizzatori sono macchine pensate per servire uno o pochi ambienti, mentre le pompe di calore in genere servono a riscaldare o raffreddare l’intera unità abitativa (ad esempio un appartamento o una villetta).
Ne consegue che, dal punto di vista della potenza, le pompe di calore siano macchine in genere di taglia più grande, il che giustifica il maggior costo e le maggiori dimensioni.
Per fare un confronto diretto, si dovrebbe confrontare il costo di installazione di una pompa di calore con un climatizzatore per ogni ambiente. In un appartamento con 5 o 6 ambienti serviti (ad esempio cucina, soggiorno, due camere da letto e servizi) il costo di acquisto e installazione dei climatizzatori necessari potrebbe facilmente pareggiare quello di una pompa di calore.
CONSUMI ELETTRICI:
Dal punto di vista dei consumi, invece, occorre tener presente che le pompe di calore in generale presentano un COP più alto rispetto ai climatizzatori, il che vuol dire che a parità di riscaldamento, il condizionatore consuma più energia elettrica e quindi ha un costo più elevato in termini di spesa economica.
Va inoltre tenuto conto del fatto che tanto i climatizzatori quanto le pompe di calore hanno bisogno di un po’ di tempo per arrivare al funzionamento di regime: avere più climatizzatori negli ambienti fa sì che ognuno avrà il suo tempo dall’accensione, e ciò coincide con un maggior assorbimento di energia, rispetto a un’unica pompa di calore che riscalda l’intero ambiente.
Questo discorso andrebbe analizzato caso per caso, anche in funzione del profilo di utenza e della destinazione d’uso degli ambienti; per una maggiore resa generale bisogna evitare quanto più possibile accensioni e spegnimenti ripetuti, affinché la macchina lavori costantemente a regime: questo è il modo migliore per ridurre i consumi associati all’utilizzo delle pompe di calore.
FATTORI STRUTTURALI:
L’effettivo consumo energetico della pompa di calore dipende soprattutto da 2 criteri fondamentali:
se l’involucro edilizio non è coibentato oppure si trova in una zona rigida, i consumi legati al riscaldamento tendono ad aumentare proporzionalmente alle condizioni. Vediamo perché.
A differenza di una caldaia, il cui funzionamento e la resa sono in buona sostanza indipendenti dalle condizioni esterne, le pompe di calore presentano un limite che può diventare importante in alcune situazioni.
TEMPERATURA ESTERNA MOLTO RIGIDA
poiché il ciclo parte dal compressore, se la temperatura esterna è molto rigida, il gas refrigerante sarà ancora più freddo, per cui il compressore deve lavorare molto per portarlo a una temperatura che sia più alta dell’acqua.
Aumentando il lavoro del compressore, aumentano i consumi di energia elettrica necessaria al funzionamento e, conseguentemente, si riduce il COP, che come abbiamo detto prima, è il rapporto tra energia termica ottenuta e spesa dell’energia elettrica consumata.
POMPA DI CALORE CON I TERMOSIFONI
Quando la pompa di calore è collegata a un impianto con termosifoni, l’acqua del circuito deve raggiungere una temperatura tra i 60 e i 75° affinché possa avviarsi il riscaldamento degli ambienti; il gas refrigerante deve essere portato a una temperatura ancora più elevata affinché possa scambiare il suo calore con l’acqua e portarla a quella temperatura. Il compressore consumerà molta energia elettrica, riducendo il COP, che come abbiamo visto è il rapporto tra calore ottenuto ed energia elettrica consumata.
Questo è uno dei principali ostacoli che scoraggiano, in molti casi, dall’installare una pompa di calore su un impianto termico a radiatori, magari alimentato in precedenza da una caldaia, a meno che la pompa di calore non venga collegata ad un impianto fotovoltaico, che possa garantire una produzione di energia elettrica in modo naturale.
Uno dei dubbi più comuni quando bisogna pensare al riscaldamento di una casa è proprio la scelta tra una caldaia e una pompa di calore;
ecco un caso pratico di un appartamento di 100mq, posto nel centro Italia ( zona climatica C o D), che consuma in un anno circa 7000kWh per riscaldarsi
IPOTESI N.1 – CON POMPA DI CALORE
Supponiamo che la pompa di calore abbia un COP medio pari a 3, l’energia elettrica necessaria al funzionamento sarà pari a circa 2300 kWh all’anno (ossia 7000kWh/3).
Con un costo dell’energia elettrica pari a 0.25 €/kWh ( media comprensiva di tutte le voci), si può stimare una spesa media di circa 575 €/anno (questo valore varia notevolmente in base alla fornitura di energia)
IPOTESI N. 2 – CON CALDAIA A GAS
Ipotizzando un rendimento medio stagionale per una caldaia pari al 90% (valore realistico), sarebbero necessari circa 7800 kWh di energia primaria, che equivalgono all’incirca a 725 Smc ( standard metro cubo) di gas.
Attualmente, il costo del gas viaggia intorno ad 1 €/Smc (anche in questo caso, il prezzo è oscillante in base al periodo ed al venditore), il che equivale ad una spesa sostenuta di 725 €/anno per il riscaldamento a gas.
Pur sottolineando che questi valori sono indicativi e variabili in funzione dei fattori prima considerati, risulta però evidente che un impianto a pompa di calore permette di realizzare un risparmio economico annuo solo in virtù della maggior efficienza del sistema, dell’ordine dei 150 €/annui nell’esempio fatto.
La pompa di calore lavora a “bassa temperatura” (tipicamente con acqua a 45°C per gli impianti a ventilconvettori e 35°C per i sistemi a pavimento): ciò permette di ridurre le perdite dovute alle dispersioni di calore lungo l’impianto. Infatti, le tubazioni del sistema di distribuzione, per quanto possano essere ben isolate, sono comunque e sempre luogo di dispersioni termiche.
Meno è calda l’acqua che circola, minore sarà il calore disperso e di conseguenza il sistema risulterà nel suo complesso più efficiente, andando a ridurre ulteriormente la quantità di energia primaria necessaria al riscaldamento e migliorando di fatto la convenienza economica.
Per abbattere notevolmente i consumi elettrici della pompa di calore, è possibile abbinarla a un impianto fotovoltaico, il quale produrrà energia elettrica gratuitamente attraverso il sole.
Il compressore della pompa preleverà l’energia utile al riscaldamento del gas non dalla rete elettrica, bensì dall’energia fornita dal fotovoltaico, abbattendo notevolmente i consumi. Abbinando anche un accumulo, si può quasi annullare il consumo della pompa di calore.
In Thermalive realizziamo e progettiamo impianti integrati termici e fotovoltaici, per fornire il massimo del comfort ambientale e del risparmio energetico sulla base della situazione di partenza; grazie alla nostra formula Sages, diamo la possibilità di ottenere un impianto fotovoltaico con una soluzione dilazionata, che non è un finanziamento, ma una formula innovativa, che non ti aspetti.
Vuoi migliorare l’efficientamento energetico del tuo ambiente? Scrivici e saremo felici di consigliarti la soluzione più adatta!
