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Perché una pompa di calore può funzionare benissimo oppure deludere
Due pompe di calore identiche possono avere destini completamente diversi.
In un edificio, la macchina lavora in modo regolare, mantiene una temperatura stabile, produce l’acqua calda necessaria e attraversa l’inverno con consumi contenuti. Dopo qualche mese, chi ci vive quasi si dimentica della sua presenza.
In un altro edificio, la stessa pompa di calore si accende e si spegne continuamente, fatica nelle giornate più fredde, consuma più del previsto oppure costringe a continue correzioni della temperatura.
Non è un paradosso.
È la conseguenza di tutto ciò che la macchina incontra una volta installata: le dispersioni dell’edificio, il clima, i radiatori o il pavimento radiante, la temperatura dell’acqua, lo schema idraulico, la regolazione e le abitudini delle persone.
La pompa di calore può essere il cuore dell’impianto, ma non lavora mai da sola.
La qualità della macchina è importante, ma non basta
Una pompa di calore di buona qualità, efficiente e capace di modulare correttamente rappresenta certamente un ottimo punto di partenza.
Ma non è ancora una garanzia di risultato.
Anche una macchina eccellente può essere costretta a lavorare male se viene collegata a un impianto che richiede temperature troppo elevate, se è stata dimensionata in modo approssimativo oppure se la regolazione non tiene conto delle reali necessità dell’edificio.
Allo stesso modo, non basta scegliere un modello molto potente pensando di mettersi al riparo da qualsiasi rischio.
Una macchina troppo piccola può non riuscire a fornire il calore necessario nei giorni più freddi. Una macchina troppo grande, invece, può raggiungere rapidamente la temperatura richiesta, spegnersi e ripartire poco dopo, ripetendo continuamente lo stesso ciclo.
In entrambi i casi il problema nasce da una scelta sbagliata, anche se per ragioni opposte.
Per questo, quando mi viene mostrato un impianto che non funziona come dovrebbe, la prima domanda che pongo non è:
«Quale marca avete installato?»
Voglio sapere come è stato calcolato il fabbisogno dell’edificio, quale temperatura richiedono i terminali, quanta potenza produce realmente la macchina quando fuori fa freddo e fino a quale potenza minima riesce a scendere nelle mezze stagioni.
Il nome scritto sulla carrozzeria viene dopo.
Quando nasce la delusione
Molte delusioni cominciano con una promessa molto semplice:
«Togliamo la caldaia, mettiamo una pompa di calore e risparmierete.»
A volte è esattamente ciò che accade.
Ma quella frase, da sola, lascia senza risposta quasi tutte le domande importanti.
Quale pompa di calore? Di quale potenza? Con quale sorgente energetica? A quale temperatura dovrà produrre l’acqua? Come verrà collegata all’impianto esistente? Quanto dovrà lavorare per produrre l’acqua calda sanitaria? Dove sarà collocata l’unità esterna?
Senza queste verifiche, il risultato rischia di dipendere più dalla fortuna che dalla progettazione.
Le conseguenze emergono spesso soltanto dopo l’installazione, quando arrivano i primi giorni veramente freddi o la prima bolletta completa della stagione.
Le frasi che si sentono sono quasi sempre simili:
«La casa non raggiunge la temperatura.»
«La pompa di calore consuma troppo.»
«Quando fa freddo intervengono continuamente le resistenze elettriche.»
«Tra una doccia e l’altra finisce l’acqua calda.»
«L’unità esterna è molto più rumorosa di quanto ci avevano detto.»
«Il compressore continua ad accendersi e spegnersi.»
Sono problemi reali, ma sarebbe sbagliato concludere automaticamente che la tecnologia non funziona.
Molto spesso la pompa di calore sta facendo esattamente ciò che le è stato chiesto. È il sistema nel quale è stata inserita a costringerla a lavorare in condizioni sfavorevoli.
Lo stesso problema può avere cause molto diverse
Una casa che rimane fredda non ha necessariamente una pompa di calore sottodimensionata.
La causa potrebbe essere una portata insufficiente, una regolazione non corretta, alcuni radiatori troppo piccoli oppure una temperatura di mandata non adeguata. Potrebbero esserci dispersioni maggiori rispetto a quelle considerate nel calcolo oppure sbrinamenti molto frequenti che riducono temporaneamente la potenza disponibile.
Anche un consumo elevato può avere origini differenti.
La macchina potrebbe lavorare con acqua molto calda, essere costretta a frequenti accensioni oppure utilizzare troppo spesso le resistenze elettriche. In altri casi, il consumo è elevato semplicemente perché l’edificio necessita di molta energia e le aspettative di risparmio erano state costruite su valutazioni troppo ottimistiche.
Per questo è pericoloso intervenire senza aver prima individuato la causa.
Aggiungere un puffer non risolve automaticamente un impianto regolato male. Alzare la temperatura dell’acqua può rendere la casa più calda, ma può anche peggiorare notevolmente il rendimento. Sostituire la macchina può essere inutile se il vero limite si trova nei terminali o nello schema idraulico.
Prima di cercare una soluzione bisogna comprendere come sta lavorando l’intero sistema.
Problema riscontrato | Che cosa può esserci dietro | Che cosa andava verificato |
L'edificio non raggiunge la temperatura desiderata | Potenza insufficiente nelle condizioni reali, terminali inadeguati, portate ridotte, regolazione errata o dispersioni sottostimate. | Fabbisogno termico dell’edificio, temperatura esterna di progetto, potenza resa dalla macchina e temperatura necessaria ai terminali. |
I consumi sono più elevati del previsto | Temperatura di mandata alta, resistenze elettriche frequenti, sbrinamenti, cicli continui di accensione e spegnimento o aspettative iniziali non realistiche. | COP e potenza nelle condizioni effettive, curva climatica, ore di funzionamento, intervento delle resistenze e consumi reali dell’edificio. |
La macchina si accende e si spegne continuamente | Sovradimensionamento, potenza minima troppo alta, volume d’acqua insufficiente o regolazione che interrompe troppo rapidamente il funzionamento. | Capacità di modulazione, volume dell’impianto, schema idraulico e comportamento della macchina nelle mezze stagioni. |
L’acqua calda finisce troppo presto | Accumulo piccolo, serpentina poco adatta, temperatura impostata male o capacità di reintegro insufficiente. | Numero di persone, abitudini, utilizzi contemporanei, volume e caratteristiche dell’accumulo sanitario. |
L’unità esterna disturba | Dati acustici elevati, collocazione sbagliata, riverbero tra le pareti, vibrazioni o funzionamento prolungato alla massima potenza. | Potenza sonora, distanze, superfici riflettenti, supporti antivibranti e posizione rispetto alle camere e agli edifici vicini. |
Il compressore si guasta prematuramente | Avviamenti troppo frequenti, condizioni di lavoro gravose, problemi frigoriferi, errori di installazione o manutenzione insufficiente. | Numero di accensioni, ore di funzionamento, temperature operative, storico degli allarmi e correttezza dell’installazione. |
Come mostra la tabella, lo stesso sintomo può avere cause completamente diverse. Prima di scegliere una soluzione bisogna quindi capire quale sia il vero problema dell’impianto.
Come funziona una pompa di calore
Per capire come scegliere una pompa di calore bisogna prima liberarsi da un equivoco: non è una caldaia alimentata dall’elettricità.
Una resistenza elettrica trasforma direttamente l’energia elettrica in calore. La pompa di calore utilizza invece l’elettricità soprattutto per azionare il compressore e trasferire energia termica già presente nell’ambiente.
Quell’energia può essere raccolta:
- dall’aria esterna;
- dal terreno;
- dall’acqua di falda.
La pompa di calore la preleva a una temperatura relativamente bassa, ne innalza il livello e la rende utilizzabile per riscaldare l’edificio, produrre acqua calda sanitaria e, nelle macchine reversibili, anche raffrescare gli ambienti.
Ma dove trova il calore quando fuori fa freddo?
È una delle prime domande che vengono spontanee.
Se fuori ci sono 2 °C, oppure la temperatura scende sotto lo zero, l’aria ci sembra fredda. Eppure continua a contenere energia termica.
Perché il calore passi dall’aria al circuito della pompa di calore non occorre che l’aria esterna sia calda. È sufficiente che il fluido refrigerante presente nell’evaporatore si trovi a una temperatura ancora più bassa.
Il calore si trasferisce così dalla sorgente più calda a quella più fredda. La pompa di calore raccoglie questa energia e, attraverso il ciclo frigorifero, la porta a una temperatura utile per l’impianto.
Lo stesso principio vale per il terreno e per l’acqua: anche quando non sono caldi al tatto, possono rappresentare una sorgente energetica utilizzabile.
Lo stesso principio del frigorifero
Il modo più semplice per comprendere una pompa di calore è osservare un frigorifero.
Il frigorifero non “produce freddo”. Sottrae calore agli alimenti e all’aria contenuta al suo interno e lo scarica nella cucina.
Per questo, avvicinando una mano alla parte posteriore o inferiore dell’apparecchio, si avverte calore.
La pompa di calore utilizza lo stesso principio, ma durante l’inverno ci interessa il risultato opposto: raccogliere energia all’esterno e cederla all’interno dell’edificio.
Nelle macchine reversibili, durante l’estate il ciclo può essere invertito. Il sistema preleva allora calore dalla casa e lo trasferisce verso l’esterno, ottenendo il raffrescamento.
Questa è la caratteristica più importante da comprendere: una pompa di calore non crea calore dal nulla, ma trasferisce energia termica da un luogo a un altro utilizzando un circuito frigorifero e una quantità relativamente contenuta di energia elettrica.
Nei prossimi paragrafi seguiremo il percorso del fluido refrigerante all’interno della macchina per capire, passo dopo passo, come questo trasferimento di energia diventi il calore che riscalda l’edificio e produce l’acqua calda sanitaria.
Il protagonista di tutto: il fluido refrigerante
A questo punto sappiamo che la pompa di calore non crea il calore, ma lo trasferisce.
La domanda successiva è inevitabile:
come riesce a farlo?
Il protagonista di tutto il processo è il fluido refrigerante, una sostanza che circola all’interno di un circuito completamente chiuso.
La sua caratteristica più importante è quella di cambiare facilmente stato fisico. In alcuni punti del circuito è prevalentemente liquido, in altri diventa un gas. Sono proprio questi continui passaggi da liquido a vapore e viceversa che gli permettono di raccogliere energia dall’ambiente esterno e di cederla successivamente all’impianto di riscaldamento.
Il refrigerante non viene consumato e non entra normalmente in contatto né con l’acqua dell’impianto né con l’aria degli ambienti. Continua semplicemente a compiere lo stesso percorso migliaia di volte, trasportando energia da un punto all’altro.
Per capire come avviene questo trasferimento seguiamo il suo viaggio all’interno della pompa di calore.
Il viaggio del refrigerante
1. Nell’evaporatore raccoglie energia dalla sorgente
Il refrigerante entra nell’evaporatore a bassa pressione e a una temperatura inferiore rispetto alla sorgente dalla quale deve prelevare energia.
La sorgente può essere l’aria esterna, il terreno oppure l’acqua di falda. Il calore passa naturalmente dalla sorgente più calda al refrigerante più freddo, che assorbe energia e comincia a evaporare.
Non è quindi necessario che fuori faccia caldo. Anche l’aria invernale contiene energia utilizzabile, purché il refrigerante si trovi a una temperatura ancora più bassa.
2. Il compressore aumenta pressione e temperatura
Dall’evaporatore il refrigerante, ormai allo stato di vapore, raggiunge il compressore.
È qui che viene utilizzata la parte principale dell’energia elettrica assorbita dalla pompa di calore. Il compressore aumenta la pressione del refrigerante e, insieme a essa, ne innalza la temperatura.
L’energia raccolta all’esterno raggiunge così un livello termico sufficientemente elevato per essere trasferita all’impianto dell’edificio.
3. Nel condensatore il calore viene ceduto all’impianto
Il refrigerante caldo entra nel condensatore, dove cede la propria energia.
Nelle pompe di calore aria-acqua, geotermiche e acqua-acqua il calore viene trasferito all’acqua che alimenta pavimenti radianti, ventilconvettori, radiatori o l’accumulo dell’acqua calda sanitaria.
Nelle pompe di calore aria-aria viene invece ceduto direttamente all’aria degli ambienti.
Mentre rilascia energia, il refrigerante si raffredda e ritorna progressivamente allo stato liquido.
4. La valvola di espansione riporta il refrigerante al punto di partenza
Dopo avere ceduto il calore, il refrigerante è ancora ad alta pressione.
Attraversando la valvola di espansione subisce una brusca diminuzione di pressione e di temperatura. Torna così nelle condizioni necessarie per raccogliere nuovamente energia nell’evaporatore.
Il ciclo può ricominciare:
evaporazione → compressione → condensazione → espansione
Queste quattro fasi si ripetono continuamente per tutto il tempo in cui la pompa di calore rimane in funzione. Il refrigerante non viene consumato: continua a circolare in un circuito chiuso, trasportando energia dalla sorgente esterna all’interno dell’edificio.
Come può fornire più calore dell’elettricità che consuma?
Una pompa di calore può utilizzare, per esempio, 1 kWh di energia elettrica e trasferire all’edificio 4 kWh di energia termica.
Non crea energia dal nulla. In questo esempio, al chilowattora elettrico utilizzato principalmente dal compressore si aggiungono circa 3 kWh di calore raccolti gratuitamente dall’aria, dall’acqua o dal terreno.
Il rapporto tra l’energia termica fornita e quella elettrica assorbita prende il nome di COP. Se la macchina fornisce 4 kWh di calore consumando 1 kWh di elettricità, in quella precisa condizione il COP è pari a 4.
Abbiamo visto come la pompa di calore riesca a raccogliere e trasferire energia. Vediamo adesso che cosa può fare concretamente all’interno di una casa o di un edificio.
Che cosa può fare una pompa di calore
Una pompa di calore non serve soltanto a sostituire la caldaia.
A seconda della tipologia scelta e del modo in cui viene inserita nell’impianto, può riscaldare gli ambienti, raffrescarli e produrre acqua calda sanitaria. In molti edifici, queste funzioni possono essere riunite all’interno di un unico sistema energetico.
Questo non significa, però, che tutte le pompe di calore possano fare le stesse cose o che sia sufficiente collegare una macchina per ottenere automaticamente ogni risultato.
Una pompa di calore aria-aria, per esempio, riscalda e raffresca direttamente l’aria degli ambienti, ma normalmente non produce l’acqua calda per le docce. Una pompa di calore aria-acqua o geotermica può invece alimentare l’impianto di riscaldamento, occuparsi dell’acqua calda sanitaria e, se progettata per farlo, anche raffrescare.
Prima di scegliere la macchina bisogna quindi stabilire quali funzioni dovrà realmente svolgere all’interno dell’edificio.
Riscaldare gli ambienti
Durante l’inverno, la pompa di calore raccoglie energia dall’aria, dall’acqua o dal terreno e la trasferisce all’interno della casa.
Il calore può essere ceduto direttamente all’aria degli ambienti oppure all’acqua che circola nell’impianto.
Nel primo caso parliamo delle pompe di calore aria-aria, come i climatizzatori reversibili utilizzati anche in riscaldamento. Nel secondo caso l’acqua riscaldata dalla macchina può alimentare:
- un pavimento o un soffitto radiante;
- i ventilconvettori;
- i radiatori;
- altri terminali progettati per funzionare ad acqua.
La pompa di calore offre normalmente i risultati migliori quando lavora per periodi abbastanza lunghi, fornendo all’edificio il calore necessario in modo continuo e proporzionato.
Non deve necessariamente produrre grandi quantità di calore in pochi minuti, come spesso avviene con una caldaia. Il suo punto di forza è mantenere un equilibrio stabile tra l’energia dispersa dall’edificio e quella fornita dall’impianto.
Quando macchina, terminali e regolazione lavorano correttamente insieme, la temperatura interna rimane più uniforme e si riducono le continue alternanze tra ambienti troppo caldi e successivi raffreddamenti.
Raffrescare la casa durante l’estate
Molte pompe di calore sono reversibili: possono cioè invertire il percorso del ciclo frigorifero.
Durante l’inverno raccolgono energia all’esterno e la trasferiscono nell’edificio. In estate compiono il processo opposto: prelevano il calore presente negli ambienti e lo scaricano all’esterno.
Le pompe di calore aria-aria raffrescano direttamente attraverso le unità interne del climatizzatore.
Le pompe di calore che producono acqua possono invece alimentare ventilconvettori oppure impianti radianti progettati anche per il raffrescamento.
In quest’ultimo caso è necessario controllare attentamente anche l’umidità. Un pavimento o un soffitto radiante freddo non elimina infatti il vapore acqueo presente nell’aria e, se la temperatura delle superfici scende troppo, può formarsi condensa.
Per questo il raffrescamento radiante deve essere accompagnato da un sistema adeguato di deumidificazione e da una regolazione capace di evitare condizioni critiche.
Non basta quindi sapere che la pompa di calore può produrre acqua fredda. Bisogna verificare che l’intero impianto sia realmente adatto a utilizzarla.
Produrre acqua calda sanitaria
Una pompa di calore può anche preparare l’acqua utilizzata per docce, lavabi e cucina.
Nelle pompe di calore collegate a un impianto ad acqua, questa funzione viene generalmente svolta riscaldando un accumulo sanitario. La macchina porta l’acqua alla temperatura impostata e la conserva all’interno del serbatoio fino al momento dell’utilizzo.
La produzione di acqua calda sanitaria è però diversa dal riscaldamento degli ambienti.
Per riscaldare la casa, la pompa di calore può lavorare a lungo con acqua a temperatura relativamente contenuta. Per preparare l’acqua sanitaria deve invece raggiungere temperature più elevate e, durante questa fase, spesso interrompe temporaneamente il riscaldamento dell’edificio.
Per ottenere un buon risultato bisogna considerare:
- quante persone utilizzano l’acqua calda;
- la durata e la frequenza delle docce;
- la presenza di vasche;
- gli utilizzi contemporanei;
- il volume dell’accumulo;
- la velocità con cui la macchina riesce a riportarlo in temperatura.
Non basta quindi scegliere un bollitore molto grande o affidarsi a un numero standard di litri per persona.
L’accumulo deve essere proporzionato alle abitudini reali della famiglia e alle caratteristiche della pompa di calore. Una casa con due persone che utilizzano l’acqua in momenti diversi ha necessità molto differenti rispetto a un’abitazione nella quale quattro o cinque persone fanno la doccia nello stesso intervallo di tempo.
Riunire più funzioni in un unico sistema
Una sola pompa di calore può occuparsi di riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria, ma queste funzioni richiedono temperature, tempi e priorità differenti.
La macchina può essere una sola, ma l’impianto deve saper coordinare tutto il sistema.
Non tutte le pompe di calore possono fare tutto
Prima di concludere questo capitolo è importante fissare un principio.
La definizione “pompa di calore” comprende macchine molto differenti. Alcune riscaldano e raffrescano soltanto l’aria. Altre producono acqua per l’impianto. Alcune possono occuparsi anche dell’acqua calda sanitaria, mentre altre sono progettate per una funzione più specifica.
Non bisogna quindi partire dalla domanda:
«Qual è la migliore pompa di calore?»
La domanda corretta è:
«Quali funzioni deve svolgere nel mio edificio e quale tipologia è in grado di svolgerle nel modo migliore?»
Ora che abbiamo chiarito che cosa può fare una pompa di calore, possiamo distinguere le principali tipologie e comprendere come cambiano la sorgente utilizzata, l’impianto necessario e le applicazioni più adatte.
Le principali tipologie di pompe di calore
Il principio di funzionamento rimane lo stesso, ma non tutte le pompe di calore raccolgono e distribuiscono l’energia nello stesso modo.
La prima parte del nome indica la sorgente dalla quale viene prelevato il calore: aria, terreno oppure acqua. La seconda indica invece il mezzo al quale l’energia viene ceduta per riscaldare l’edificio: aria oppure acqua.
Nascono così quattro tipologie principali:
- aria-aria;
- aria-acqua;
- terra-acqua, comunemente chiamata geotermica;
- acqua-acqua, che utilizza generalmente l’acqua di falda.
Questa distinzione non è soltanto tecnica. Cambiano le opere necessarie, gli spazi richiesti, la stabilità della sorgente durante l’anno, l’investimento iniziale e le applicazioni nelle quali ciascun sistema può offrire i risultati migliori.
Una pompa di calore aria-acqua può essere la soluzione più razionale per molte abitazioni, mentre in un altro edificio può avere maggiore senso utilizzare il terreno o l’acqua di falda. In alcune situazioni, invece, può essere sufficiente riscaldare e raffrescare direttamente l’aria degli ambienti.
Per scegliere correttamente non bisogna quindi chiedersi quale tipologia sia migliore in assoluto, ma quale sorgente sia realmente disponibile e quale sistema riesca a soddisfare nel modo più efficace le necessità dell’edificio.
Iniziamo dalla soluzione più semplice e diffusa per il riscaldamento diretto degli ambienti: la pompa di calore aria-aria.
La prossima tipologia è la pompa di calore aria-acqua: utilizza ancora l’aria esterna come sorgente, ma trasferisce l’energia all’acqua dell’impianto.
Pompa di calore aria-acqua
La pompa di calore aria-acqua raccoglie energia dall’aria esterna e la trasferisce all’acqua che circola nell’impianto dell’edificio.
A differenza della soluzione aria-aria, non riscalda direttamente gli ambienti attraverso un flusso d’aria. Produce invece acqua calda o fredda che può alimentare:
- pavimenti, pareti o soffitti radianti;
- ventilconvettori;
- radiatori;
- l’accumulo per l’acqua calda sanitaria.
Può quindi riunire in un unico sistema riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria e, quando l’edificio e l’impianto lo consentono, sostituire completamente la caldaia.
Perché è la soluzione più diffusa
Il suo principale vantaggio è utilizzare una sorgente disponibile praticamente ovunque: l’aria esterna.
Non richiede perforazioni geotermiche, pozzi o ampie superfici di terreno. L’installazione è quindi generalmente più semplice e l’investimento iniziale più contenuto rispetto a una pompa di calore terra-acqua o acqua-acqua.
Può essere utilizzata negli edifici nuovi, nelle ristrutturazioni e nella sostituzione di una caldaia esistente. Può lavorare molto bene con gli impianti radianti, ma anche con ventilconvettori e radiatori, purché siano state verificate la temperatura dell’acqua realmente necessaria e la potenza disponibile nelle condizioni effettive di funzionamento.
Proprio questa versatilità può però creare un equivoco: pensare che una pompa di calore aria-acqua sia adatta a qualsiasi edificio e che basti sceglierne una della potenza apparentemente corretta.
Il risultato dipende invece dall’incontro tra clima, fabbisogno dell’edificio, temperatura di mandata, terminali, modulazione e regolazione.
Può funzionare anche a –20 °C
Uno dei dubbi che incontro più spesso riguarda il funzionamento sotto zero.
Le pompe di calore aria-acqua di buona qualità possono continuare a lavorare anche con temperature esterne intorno a –20 °C, e alcuni modelli dichiarano campi operativi ancora più estesi.
Questo non significa che a –20 °C forniscano la stessa potenza e lo stesso rendimento ottenuti a temperature più miti. Significa però che il freddo intenso, da solo, non impedisce alla tecnologia di funzionare.
La domanda corretta non è quindi:
«La pompa di calore funziona sotto zero?»
Ma:
«Quanta potenza riesce a fornire a –7, –10 o –20 °C, con l’acqua alla temperatura realmente necessaria al mio impianto?»
Se la macchina è stata scelta correttamente e le prestazioni sono state verificate nelle condizioni reali, i risultati possono rimanere molto interessanti anche con temperature esterne rigide.
La condizione più delicata non è sempre il freddo più intenso
Per una pompa di calore aria-acqua, le condizioni più impegnative non coincidono necessariamente con la temperatura esterna più bassa.
Nelle giornate con temperature indicativamente comprese fra 2 e 7 °C, l’aria può essere molto umida mentre la superficie dell’evaporatore lavora sotto zero. L’umidità condensa sulle alette, si trasforma in brina e costringe la macchina a effettuare cicli periodici di sbrinamento.
Gli sbrinamenti fanno parte del normale funzionamento. La loro frequenza, durata ed efficacia possono però cambiare sensibilmente da una macchina all’altra.
Incidono in particolare:
- superficie e dimensioni dell’evaporatore esterno;
- geometria e distanza tra le alette;
- quantità d’aria movimentata;
- posizione e precisione dei sensori;
- capacità della regolazione di riconoscere quando lo sbrinamento è realmente necessario;
- rapidità con cui la macchina elimina il ghiaccio e riprende il riscaldamento.
Un evaporatore ampio e ben progettato può lavorare in condizioni meno esasperate, limitando la rapidità con cui si forma il ghiaccio. Una regolazione evoluta evita inoltre sbrinamenti inutilmente frequenti o prolungati.
Anche l’impianto interno incide sul risultato. Volume d’acqua, portate, inerzia dei terminali e schema idraulico determinano quanta energia sia disponibile durante lo sbrinamento e quanto l’interruzione temporanea della produzione di calore venga percepita negli ambienti.
Approfondiremo questi aspetti nel capitolo dedicato al clima e agli sbrinamenti. Qui è sufficiente comprendere che il COP dichiarato a +7 °C non descrive da solo il comportamento della macchina durante un inverno reale.
L’unità esterna deve essere collocata correttamente
L’unità esterna deve poter aspirare ed espellere liberamente grandi quantità d’aria. Vani troppo chiusi, ostacoli e schermature ravvicinate possono provocare il ricircolo dell’aria già raffreddata, peggiorando potenza, rendimento e formazione di ghiaccio.
Devono inoltre essere previsti:
- un corretto scarico dell’acqua prodotta durante gli sbrinamenti;
- spazio sufficiente per la manutenzione;
- una base stabile e supporti antivibranti adeguati;
- una posizione che non ostacoli il passaggio dell’aria.
Anche la rumorosità deve essere considerata fin dalla scelta della macchina e del punto di installazione. Le differenze tra i prodotti possono essere importanti, ma una valutazione completa verrà sviluppata nel capitolo dedicato.
La pompa di calore aria-acqua rimane una soluzione molto versatile e, in numerosi edifici, rappresenta la scelta più razionale. La sua apparente semplicità non deve però far pensare che tutte le macchine siano equivalenti: prestazioni alle basse temperature, qualità dell’evaporatore, gestione degli sbrinamenti e rumorosità possono cambiare sensibilmente da un prodotto all’altro.
La tipologia successiva utilizza invece una sorgente molto più stabile durante l’anno: il terreno.
Pompa di calore terra-acqua: il sistema geotermico
La pompa di calore terra-acqua, comunemente chiamata geotermica, raccoglie energia dal terreno e la trasferisce all’acqua dell’impianto dell’edificio.
Rispetto all’aria esterna, il sottosuolo mantiene una temperatura molto più stabile durante l’anno. La macchina può quindi lavorare con una sorgente regolare, senza subire le forti variazioni climatiche e i cicli di sbrinamento tipici delle pompe di calore aria-acqua.
Questa stabilità permette di ottenere rendimenti stagionali elevati, consumi contenuti e un funzionamento particolarmente costante. Richiede però una progettazione molto accurata del sistema di captazione: anche un’ottima pompa di calore non può compensare sonde geotermiche dimensionate male.
Sonde geotermiche verticali
Le sonde verticali vengono inserite in perforazioni profonde indicativamente intorno ai 100 metri.
All’interno delle tubazioni circola un fluido termovettore, normalmente composto da acqua e antigelo, che raccoglie energia dal terreno e la trasporta verso la pompa di calore.
Questa soluzione è particolarmente interessante quando lo spazio esterno disponibile è limitato, perché permette di ottenere una notevole superficie di scambio occupando una porzione relativamente piccola di terreno.
Il numero e la lunghezza complessiva delle sonde devono essere determinati considerando:
- il fabbisogno termico dell’edificio;
- l’energia prelevata durante l’intero anno;
- la composizione e la conducibilità del terreno;
- la distanza tra le perforazioni;
- le ore di funzionamento della pompa di calore;
- l’eventuale raffrescamento estivo;
- il comportamento del campo geotermico nel corso degli anni.
Il dimensionamento non serve soltanto a garantire la potenza necessaria durante le giornate più fredde. Deve anche evitare che dal terreno venga prelevata, anno dopo anno, più energia di quanta riesca a rigenerarsi.
Se il campo geotermico è insufficiente, la temperatura del terreno circostante e quella del fluido termovettore possono diminuire progressivamente. La presenza dell’antigelo offre una protezione, ma non rende le sonde immuni dalle conseguenze di un grave sottodimensionamento.
Se le sonde arrivano a ghiacciarsi, possono diventare irreversibilmente inutilizzabili e rendere necessarie nuove perforazioni con nuove sonde.
Per questo non si dovrebbe ridurre arbitrariamente la lunghezza complessiva della captazione soltanto per contenere il costo iniziale. Un impianto sottodimensionato può sembrare funzionare correttamente nei primi anni, perdere progressivamente rendimento e, nella situazione più grave, compromettere definitivamente il campo geotermico.
La progettazione deve quindi considerare non soltanto la potenza necessaria nel momento più critico, ma anche il bilancio energetico annuale e il comportamento previsto durante molti anni di funzionamento.
Il free cooling con le sonde verticali
Uno dei vantaggi più interessanti delle sonde geotermiche verticali è la possibilità di utilizzare il free cooling, chiamato anche raffrescamento passivo.
Durante l’estate, il terreno profondo rimane generalmente più fresco degli ambienti interni. È quindi possibile trasferire al sottosuolo una parte del calore presente nell’edificio facendo circolare il fluido tra le sonde e l’impianto, senza utilizzare il compressore della pompa di calore.
L’elettricità serve principalmente ad alimentare le pompe di circolazione e la regolazione. Il consumo può quindi risultare molto più contenuto rispetto a quello di un normale raffrescamento attivo.
Il free cooling può essere utilizzato con:
- ventilconvettori;
- pavimenti radianti;
- pareti radianti;
- soffitti radianti.
Negli impianti radianti è però indispensabile controllare l’umidità interna e la temperatura delle superfici, evitando che si raggiungano le condizioni nelle quali può formarsi condensa.
Il calore trasferito al terreno durante l’estate contribuisce inoltre alla rigenerazione del campo geotermico, restituendo almeno una parte dell’energia prelevata durante il riscaldamento invernale.
Sonde geotermiche orizzontali
Quando intorno all’edificio è disponibile un’ampia superficie di terreno, l’energia può essere raccolta anche attraverso circuiti geotermici orizzontali.
Le tubazioni vengono interrate a profondità molto inferiori rispetto alle sonde verticali e distribuite su una superficie proporzionata al fabbisogno energetico della casa.
Questa soluzione evita le perforazioni profonde, ma richiede molto più spazio. L’area sovrastante deve inoltre rimanere adatta allo scambio termico e non dovrebbe essere coperta indiscriminatamente da edifici, grandi pavimentazioni impermeabili o altre opere che possano modificarne il comportamento.
Le sonde orizzontali risentono maggiormente:
- delle variazioni stagionali;
- delle precipitazioni;
- dell’umidità del terreno;
- delle temperature superficiali;
- dell’esposizione solare e dell’ombreggiamento.
Possono comunque rappresentare una soluzione molto valida per ville, casali, aziende agricole e strutture dotate di grandi spazi esterni.
Vantaggi e aspetti da valutare
I principali vantaggi di una pompa di calore geotermica sono:
- temperatura della sorgente stabile durante l’anno;
- assenza dei cicli di sbrinamento;
- nessuna unità esterna ventilata;
- rumorosità esterna praticamente assente;
- rendimento stagionale elevato;
- possibilità di utilizzare il free cooling;
- lunga durata del sistema di captazione, quando è correttamente progettato.
Devono però essere valutati attentamente:
- il costo iniziale delle perforazioni o degli scavi;
- le caratteristiche geologiche del terreno;
- le autorizzazioni necessarie;
- lo spazio disponibile;
- l’accessibilità per i mezzi di perforazione;
- il corretto dimensionamento delle sonde;
- l’equilibrio termico del terreno nel corso degli anni;
- il rischio di congelamento in caso di captazione insufficiente.
La geotermia non è automaticamente la scelta migliore per qualsiasi casa o edificio. Quando il terreno è adatto, gli spazi lo consentono e il campo di captazione viene dimensionato correttamente, può però offrire prestazioni molto stabili, consumi contenuti e una durata particolarmente lunga.
Pompa di calore acqua-acqua: il sistema con acqua di falda
La pompa di calore acqua-acqua preleva energia dall’acqua di falda e la trasferisce all’acqua dell’impianto di riscaldamento.
Il principio frigorifero è lo stesso delle altre pompe di calore. Cambia la sorgente: invece dell’aria esterna o del terreno, viene utilizzata un’acqua sotterranea che mantiene generalmente una temperatura abbastanza stabile durante l’anno.
Questa stabilità può offrire condizioni di funzionamento particolarmente favorevoli, ma la presenza di una falda non è sufficiente, da sola, a rendere conveniente o realizzabile l’impianto.
Come funziona un impianto acqua-acqua
L’acqua viene normalmente prelevata attraverso un pozzo e fatta passare in uno scambiatore, dove cede una parte della propria energia alla pompa di calore.
Dopo lo scambio termico deve essere restituita alla falda attraverso un secondo pozzo oppure gestita secondo le modalità consentite dalle autorizzazioni locali.
Il sistema comprende quindi:
- pozzo di prelievo;
- pompa sommersa;
- circuito di movimentazione dell’acqua;
- scambiatore termico;
- pompa di calore;
- sistema di restituzione dell’acqua;
- dispositivi di filtrazione e controllo.
L’acqua di falda non entra normalmente nell’impianto di riscaldamento dell’edificio. Trasferisce la propria energia attraverso uno scambiatore, mantenendo separati il circuito della sorgente e quello della pompa di calore.
Perché può ottenere rendimenti elevati
La temperatura dell’acqua di falda varia molto meno rispetto a quella dell’aria esterna.
Durante l’inverno, la pompa di calore può quindi lavorare con una sorgente relativamente stabile anche quando fuori fa molto freddo. Non deve inoltre effettuare i cicli di sbrinamento necessari nelle pompe di calore aria-acqua.
I principali vantaggi possono essere:
- potenza abbastanza stabile durante l’inverno;
- rendimenti stagionali elevati;
- assenza di sbrinamenti;
- nessuna unità esterna ventilata;
- possibilità di produrre riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria;
- rumorosità esterna molto contenuta.
Il rendimento della sola pompa di calore, però, non descrive l’efficienza dell’intero sistema.
Bisogna considerare anche l’elettricità utilizzata dalla pompa sommersa, le perdite negli scambiatori e l’energia necessaria per movimentare l’acqua. Un pozzo molto profondo o un circuito con perdite di carico elevate possono ridurre una parte del vantaggio ottenuto grazie alla temperatura favorevole della falda.
Non basta sapere che sotto l’edificio esiste una falda
Prima di progettare l’impianto bisogna verificare che l’acqua sia realmente disponibile nella quantità necessaria.
Devono essere valutati:
- portata estraibile;
- livello della falda;
- profondità del pozzo;
- stabilità della portata nel corso dell’anno;
- capacità del terreno di ricevere l’acqua restituita;
- distanza e interazione tra pozzo di prelievo e pozzo di restituzione;
- energia elettrica necessaria per il sollevamento.
Una portata insufficiente può ridurre la potenza disponibile oppure provocare arresti della pompa di calore. Anche una restituzione progettata male può modificare il comportamento della falda e compromettere il funzionamento del sistema.
Per gli impianti più importanti può essere necessario effettuare prove di pompaggio e verifiche idrogeologiche prima di definire potenza e configurazione.
La qualità dell’acqua influenza affidabilità e manutenzione
L’acqua di falda può contenere sali, sabbia, ferro, manganese e altre sostanze capaci di depositarsi sugli scambiatori o danneggiare alcuni componenti.
Prima della scelta devono quindi essere analizzate almeno:
- durezza;
- composizione chimica;
- presenza di sedimenti;
- rischio di incrostazioni;
- possibilità di corrosione;
- tendenza allo sporcamento dello scambiatore.
Uno scambiatore progressivamente ostruito riduce il passaggio dell’acqua e peggiora lo scambio termico. La pompa di calore può continuare a funzionare, ma con portate inferiori, temperature meno favorevoli e consumi più elevati.
Filtri, scambiatori ispezionabili e un programma di manutenzione coerente fanno quindi parte del progetto, non sono dettagli da aggiungere successivamente.
Pozzi e autorizzazioni devono essere verificati prima della macchina
L’utilizzo dell’acqua di falda è soggetto a regole e autorizzazioni che possono cambiare in funzione del territorio, della profondità, della portata e delle modalità di restituzione.
Prima di scegliere definitivamente la pompa di calore bisogna quindi verificare:
- possibilità di realizzare il pozzo;
- autorizzazione al prelievo;
- modalità consentita per la restituzione dell’acqua;
- eventuali controlli e obblighi periodici;
- accessibilità futura per manutenzione e sostituzione delle pompe.
Non avrebbe senso acquistare la macchina e scoprire successivamente che la portata disponibile è insufficiente oppure che l’acqua non può essere restituita nel modo previsto.
Quando una pompa di calore acqua-acqua può avere veramente senso
Questa soluzione può diventare particolarmente interessante quando:
- la falda è facilmente accessibile;
- la portata è abbondante e stabile;
- la qualità dell’acqua è compatibile con il sistema;
- i consumi termici dell’edificio sono importanti;
- l’impianto viene utilizzato per molte ore durante l’anno;
- l’assenza di un’unità esterna rappresenta un vantaggio;
- le prestazioni elevate giustificano il costo dei pozzi e delle opere necessarie.
Può essere molto valida per ville importanti, condomìni, alberghi, strutture ricettive, attività produttive ed edifici con fabbisogni elevati e abbastanza continui.
In una piccola abitazione, invece, il costo dei pozzi, delle autorizzazioni e della manutenzione può risultare sproporzionato rispetto all’energia richiesta.
La pompa di calore acqua-acqua può offrire prestazioni eccellenti, ma soltanto quando falda, pozzi, scambiatori, pompe di sollevamento e generatore vengono progettati come un unico sistema.
Le quattro principali tipologie di pompa di calore a confronto
Le diverse pompe di calore utilizzano lo stesso principio frigorifero, ma cambiano la sorgente dalla quale raccolgono energia, il modo in cui la trasferiscono all’edificio, le opere necessarie e le applicazioni più adatte. La tabella riassume le caratteristiche principali delle quattro tipologie.
Tipologia | Sorgente e distribuzione | Punti di forza | Aspetti da valutare e applicazioni |
Aria/Aria | Preleva energia dall’aria esterna e la trasferisce direttamente all’aria degli ambienti attraverso una o più unità interne. | Installazione relativamente semplice; investimento contenuto; riscaldamento e raffrescamento rapidi; non richiede un impianto idraulico. | Normalmente non produce acqua calda sanitaria. Comfort legato al movimento dell’aria, rumorosità e corretta disposizione delle unità interne. Adatta soprattutto a piccoli edifici, seconde case, appartamenti o singole zone. |
Preleva energia dall’aria esterna e la trasferisce all’acqua dell’impianto. Può alimentare pavimenti radianti, ventilconvettori, radiatori e accumulo sanitario. | Soluzione versatile; sorgente disponibile ovunque; può riunire riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria; opere generalmente meno complesse rispetto alla geotermia. | Prestazioni influenzate dal clima, dalla temperatura di mandata e dagli sbrinamenti. Vanno valutati rumorosità e collocazione dell’unità esterna. È la soluzione più frequentemente applicabile ad abitazioni nuove ed esistenti. | |
Terra/Acqua, geotermica | Raccoglie energia dal terreno mediante sonde verticali o circuiti orizzontali e la trasferisce all’acqua dell’impianto. | Sorgente stabile; rendimento stagionale elevato; assenza di sbrinamenti e di unità esterna ventilata; possibilità di free cooling con sonde verticali; lunga durata della captazione. | Investimento iniziale più elevato; necessità di perforazioni o ampie superfici; progettazione accurata delle sonde. Indicata per edifici utilizzati stabilmente e progetti valutati sul lungo periodo. |
Acqua/Acqua, con acqua di falda | Preleva energia dall’acqua di falda e la trasferisce all’acqua dell’impianto attraverso uno scambiatore. | Temperatura della sorgente molto stabile; rendimento elevato; assenza di sbrinamenti; possibilità di riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria. | Richiede pozzi, portata sufficiente, qualità dell’acqua adeguata, autorizzazioni e manutenzione dello scambiatore. Particolarmente interessante quando la falda è realmente disponibile e il fabbisogno energetico giustifica le opere. |
Chiarite le differenze tra le principali tipologie, possiamo vedere come orientare la scelta nelle diverse applicazioni.
Quale tipologia di pompa di calore scegliere nelle diverse applicazioni
Non esiste una corrispondenza automatica tra tipologia di edificio e tipologia di pompa di calore. La scelta nasce dall’incontro tra sorgente disponibile, fabbisogno, terminali, funzioni richieste, spazi e investimento.
Una pompa di calore aria-acqua può essere la soluzione più razionale in molti edifici; altrove possono risultare più adatte la geotermia, l’acqua di falda oppure una soluzione aria-aria.
Le applicazioni che seguono offrono un orientamento, ma non sostituiscono mai l’analisi del singolo progetto.
Nuove costruzioni
In un edificio nuovo è possibile progettare contemporaneamente involucro, terminali e impianto.
Le dispersioni sono generalmente contenute, gli spazi tecnici possono essere predisposti fin dall’inizio e i terminali vengono scelti per lavorare con temperature dell’acqua basse. È quindi la condizione nella quale la pompa di calore può essere inserita con maggiore libertà.
La soluzione più frequente è una pompa di calore aria-acqua abbinata a pavimento, pareti o soffitti radianti. L’impianto può occuparsi del riscaldamento, del raffrescamento e della produzione di acqua calda sanitaria, eliminando completamente la necessità di una caldaia.
Quando il terreno e il budget lo consentono, può essere valutato anche un sistema geotermico. L’investimento iniziale è più elevato, ma la stabilità della sorgente, l’assenza di un’unità esterna ventilata e la possibilità del free cooling possono risultare particolarmente interessanti in un edificio destinato a essere utilizzato per molti anni.
Una soluzione aria-aria può essere sufficiente in abitazioni molto piccole e con fabbisogni veramente contenuti. Bisogna però prevedere separatamente la produzione di acqua calda sanitaria e verificare che la distribuzione dell’aria raggiunga correttamente tutti gli ambienti.
Ristrutturazioni complete
Una ristrutturazione importante offre quasi le stesse possibilità di una nuova costruzione, perché permette di intervenire contemporaneamente sull’involucro e sull’impianto.
È il momento giusto per valutare:
- isolamento dell’edificio;
- sostituzione o ampliamento dei terminali;
- regolazione climatica;
- produzione di acqua calda sanitaria;
- raffrescamento e controllo dell’umidità;
- fotovoltaico e gestione dei carichi elettrici.
In questi casi la pompa di calore non dovrebbe essere scelta prima di avere definito il comportamento futuro dell’edificio.
Se vengono ridotte le dispersioni, infatti, cambia la potenza necessaria. Se vengono installati terminali capaci di lavorare a temperature contenute, migliorano le condizioni di funzionamento della macchina. Se si prevede il raffrescamento radiante, bisogna progettare anche la deumidificazione.
La pompa di calore aria-acqua rimane spesso la soluzione più pratica. La geotermia diventa interessante quando il progetto dispone di un terreno adatto e l’investimento viene valutato su un periodo sufficientemente lungo.
Sostituzione della caldaia in un edificio esistente
La sostituzione di una caldaia è una delle situazioni nelle quali vengono commessi più errori.
Non basta conoscere i metri quadrati dell’abitazione e la potenza della vecchia caldaia. Una caldaia da 30 kW non significa che l’edificio abbia veramente bisogno di 30 kW: spesso quella potenza era stata scelta soprattutto per produrre rapidamente acqua calda sanitaria.
Prima di decidere quale pompa di calore installare bisogna verificare:
- il fabbisogno termico reale;
- la temperatura dell’acqua necessaria durante l’inverno;
- la potenza resa dai radiatori o dagli altri terminali;
- gli spazi disponibili per unità esterna, puffer e accumulo sanitario;
- il comportamento dell’impianto nelle diverse zone della casa.
La presenza dei radiatori non esclude automaticamente una pompa di calore aria-acqua. Molti edifici possono essere riscaldati con temperature inferiori rispetto a quelle utilizzate dalla vecchia caldaia, soprattutto se la macchina lavora per più ore e la mandata viene regolata in funzione del clima.
In altri casi può essere necessario ampliare alcuni radiatori, installare ventilconvettori o migliorare determinate parti dell’involucro.
La scelta dipende quindi dalla temperatura realmente necessaria, non semplicemente dal fatto che nell’edificio siano presenti dei termosifoni.
Ville, casali e abitazioni unifamiliari
Le abitazioni indipendenti offrono normalmente maggiore libertà nella collocazione degli impianti.
Una pompa di calore aria-acqua può essere installata individuando una posizione adeguata per l’unità esterna, evitando problemi di rumorosità, ricircolo dell’aria e vicinanza alle camere da letto.
Ville e casali dotati di ampi terreni possono permettere anche l’installazione di sonde geotermiche verticali o circuiti orizzontali. In questi casi la geotermia può diventare particolarmente interessante, soprattutto quando il fabbisogno è importante e l’impianto viene utilizzato in modo continuativo.
In una seconda casa utilizzata saltuariamente, invece, la rapidità di risposta può avere più importanza della stabilità del funzionamento continuo. Una soluzione aria-aria può risultare razionale per alcuni ambienti, eventualmente accompagnata da un sistema separato per l’acqua calda sanitaria.
Non è quindi la categoria “villa” o “casale” a determinare la scelta. Contano il modo in cui l’edificio viene utilizzato, gli spazi disponibili e le prestazioni che si desiderano ottenere.
Condomini, strutture ricettive e aziende
Un condominio, un albergo o un’azienda non possono essere considerati semplicemente come una grande abitazione.
Cambiano i profili di utilizzo, gli orari, i picchi di richiesta e l’importanza della continuità di servizio. La produzione di acqua calda sanitaria può diventare molto rilevante e alcune funzioni devono rimanere disponibili anche durante la manutenzione di una macchina.
In queste applicazioni può essere opportuno utilizzare più pompe di calore collegate in cascata, invece di affidare tutto il fabbisogno a un unico generatore. In questo modo le macchine possono modulare meglio, adattarsi alle variazioni di carico e offrire una maggiore ridondanza.
Le pompe di calore aria-acqua sono spesso la soluzione più semplice da realizzare. La geotermia o l’utilizzo dell’acqua di falda possono però diventare particolarmente interessanti quando i fabbisogni annuali sono elevati e sufficientemente costanti.
Nelle strutture ricettive bisogna prestare grande attenzione all’acqua calda sanitaria. Negli edifici produttivi, invece, può essere possibile recuperare e utilizzare energie termiche già presenti nei processi o negli ambienti.
La progettazione deve quindi partire dai profili orari e stagionali reali, non da una semplice potenza complessiva.
La scelta deve partire dall’edificio
Le categorie descritte possono dare un primo orientamento, ma non esiste una corrispondenza automatica tra tipologia di edificio e tipologia di pompa di calore.
Lo stesso edificio può essere servito da soluzioni differenti, tutte tecnicamente possibili ma non ugualmente convenienti, silenziose, efficienti o durature.
La scelta corretta nasce mettendo in relazione:
- fabbisogno;
- clima;
- sorgente disponibile;
- terminali;
- temperature di lavoro;
- acqua calda sanitaria;
- spazi;
- rumorosità;
- investimento iniziale e durata prevista.
Solo dopo avere chiarito questi elementi ha senso confrontare potenze, modelli e preventivi.
Perché non si parte dalla pompa di calore per adattarle l’edificio: si parte dall’edificio per scegliere la pompa di calore capace di lavorare meglio al suo interno.
Pompa di calore e impianto di riscaldamento
La pompa di calore non riscalda direttamente l’edificio. Produce energia che deve poi essere distribuita negli ambienti attraverso un impianto e dei terminali.
Pavimento radiante, ventilconvettori e radiatori possono svolgere tutti questa funzione, ma non lavorano nello stesso modo e, soprattutto, non richiedono la stessa temperatura dell’acqua.
È proprio questa temperatura a influenzare in modo decisivo il funzionamento della pompa di calore.
Un impianto capace di riscaldare l’edificio con acqua a temperatura contenuta permette normalmente alla macchina di lavorare con maggiore efficienza. Se invece i terminali richiedono acqua molto calda, il compressore deve compiere un lavoro maggiore e i consumi aumentano.
Per questo non è sufficiente chiedersi:
«La pompa di calore funziona con i radiatori?»
La domanda veramente utile è:
«A quale temperatura devono lavorare questi terminali per mantenere confortevole l’edificio?»
Pompa di calore con pavimento radiante
Il pavimento radiante è considerato l’abbinamento più naturale con una pompa di calore.
La grande superficie disponibile permette di riscaldare gli ambienti facendo circolare acqua a temperatura relativamente bassa. Il calore viene distribuito in modo uniforme e la macchina può funzionare per molte ore con un carico regolare.
Questo tipo di impianto offre normalmente:
- temperatura interna stabile;
- assenza di forti correnti d’aria;
- buona uniformità tra le diverse zone;
- condizioni favorevoli al rendimento della pompa di calore;
- possibilità di utilizzare lo stesso impianto anche per il raffrescamento radiante.
Il pavimento radiante, però, possiede una certa inerzia. Non è il sistema più adatto quando si desidera accendere il riscaldamento e ottenere un aumento immediato della temperatura.
Il suo funzionamento ideale è continuo e modulato: l’impianto fornisce lentamente il calore necessario a compensare le dispersioni dell’edificio, evitando grandi oscillazioni.
Durante una nuova costruzione o una ristrutturazione completa può essere progettato fin dall’inizio insieme alla pompa di calore. In un edificio esistente, invece, la sua realizzazione può richiedere interventi importanti su pavimenti, quote e massetti.
Nel raffrescamento estivo è inoltre indispensabile controllare l’umidità. Se la temperatura superficiale scende sotto il punto di rugiada, sul pavimento può formarsi condensa. Il raffrescamento radiante deve quindi essere accompagnato da una corretta deumidificazione e da una regolazione adeguata.
Pompa di calore con ventilconvettori
I ventilconvettori utilizzano una batteria attraversata da acqua calda o fredda e una ventola che fa circolare l’aria negli ambienti.
Possono funzionare con temperature dell’acqua più contenute rispetto a molti impianti tradizionali a radiatori e rappresentano quindi un abbinamento molto interessante con la pompa di calore.
Offrono inoltre una risposta più rapida rispetto al pavimento radiante. Quando vengono accesi, riescono a trasferire velocemente energia all’ambiente e possono essere utilizzati sia per il riscaldamento sia per il raffrescamento.
La scelta e il dimensionamento devono però considerare:
- potenza resa alle effettive temperature dell’acqua;
- velocità della ventola necessaria;
- rumorosità;
- movimento dell’aria;
- posizione dell’apparecchio;
- scarico della condensa durante il raffrescamento.
Un ventilconvettore può dichiarare una potenza elevata quando viene alimentato con acqua molto calda e la ventola gira alla massima velocità. Quella stessa potenza può diminuire sensibilmente quando l’acqua viene prodotta alla temperatura più favorevole per la pompa di calore.
Per questo bisogna confrontare i dati del terminale nelle condizioni reali nelle quali verrà utilizzato, non soltanto il valore più alto riportato nella documentazione commerciale.
Un apparecchio correttamente dimensionato può lavorare a velocità più contenuta, con minore rumorosità e una distribuzione dell’aria più gradevole.
Pompa di calore con radiatori
La presenza dei radiatori non impedisce automaticamente l’utilizzo di una pompa di calore.
Molti impianti esistenti sono stati regolati per anni con acqua a 65 o 70 °C, ma questo non significa che quella temperatura sia realmente necessaria durante tutta la stagione.
Una caldaia tradizionale viene spesso accesa per periodi limitati e deve trasferire molto calore in poco tempo. Una pompa di calore può invece lavorare più a lungo, mantenendo l’edificio in equilibrio e adattando progressivamente la temperatura dell’acqua alle condizioni esterne.
Con una buona regolazione si può frequentemente mantenere la mandata al di sotto di circa 55 °C e, per gran parte della stagione, anche a temperature sensibilmente più basse.
Il risultato dipende da diversi elementi:
- dimensioni e numero dei radiatori;
- isolamento e dispersioni dell’edificio;
- temperatura interna desiderata;
- clima della località;
- ore giornaliere di funzionamento;
- equilibrio delle portate tra i diversi ambienti.
In molti edifici i radiatori erano stati dimensionati con un certo margine oppure l’involucro è stato successivamente migliorato. In queste situazioni possono fornire il calore necessario anche con acqua meno calda rispetto a quella utilizzata in passato.
Quando alcuni terminali risultano insufficienti, non è sempre necessario sostituire l’intero impianto. Può essere sufficiente ampliare i radiatori più piccoli, aggiungere alcuni elementi oppure sostituire i terminali delle stanze più critiche.
La verifica deve comunque essere eseguita ambiente per ambiente. Una temperatura di mandata adeguata al soggiorno potrebbe non essere sufficiente per una stanza dotata di un radiatore troppo piccolo.
La temperatura di mandata è più importante del nome del terminale
Dire che una pompa di calore funziona bene con il pavimento radiante e male con i radiatori è una semplificazione eccessiva.
Un impianto radiante progettato male può richiedere temperature superiori al necessario. Al contrario, radiatori ampi inseriti in un edificio con dispersioni contenute possono funzionare con temperature molto favorevoli.
Il vero parametro da osservare è quindi la temperatura dell’acqua necessaria per fornire il calore richiesto dall’edificio.
Più questa temperatura rimane contenuta, minore è il salto che la pompa di calore deve superare e migliori tendono a essere le sue condizioni di lavoro.
Non bisogna però inseguire la temperatura più bassa possibile a qualsiasi costo. L’obiettivo non è ottenere un numero da mostrare sul display, ma trovare il punto nel quale:
- gli ambienti rimangono confortevoli;
- i terminali forniscono la potenza necessaria;
- la pompa di calore lavora con un buon rendimento;
- il funzionamento rimane stabile e regolare.
La regolazione deve seguire il clima
La temperatura di mandata non dovrebbe rimanere identica per tutto l’inverno.
Quando fuori ci sono 12 °C, l’edificio disperde molto meno calore rispetto a una giornata con temperatura prossima allo zero. Continuare a produrre acqua alla stessa temperatura significa costringere la pompa di calore a un lavoro inutile.
La regolazione climatica modifica automaticamente la temperatura di mandata in funzione delle condizioni esterne:
- nelle giornate miti produce acqua più fresca;
- quando la temperatura esterna scende, aumenta gradualmente la mandata;
- quando il fabbisogno diminuisce, la riduce nuovamente.
Questo permette alla pompa di calore di lavorare per periodi più lunghi, con minori oscillazioni e temperature mediamente più contenute.
La regolazione non deve però essere impostata una volta e dimenticata. La curva climatica va adattata al comportamento reale dell’edificio, osservando se gli ambienti raggiungono il comfort senza produrre acqua inutilmente calda.
I terminali devono essere verificati prima della macchina
Prima di scegliere la pompa di calore bisogna conoscere la potenza richiesta nei singoli ambienti, la resa dei terminali alle diverse temperature e le portate disponibili.
Solo così si può capire se l’impianto esistente sia già adatto, se richieda interventi mirati oppure se debba essere ripensato.
Prima si stabilisce come riscaldare correttamente l’edificio. Poi si sceglie la pompa di calore capace di farlo nelle condizioni migliori.
COP e SCOP: come si misura l’efficienza di una pompa di calore
Una pompa di calore non trasforma semplicemente l’elettricità in calore. Utilizza l’energia elettrica per raccogliere e trasferire anche quella presente nell’aria, nell’acqua o nel terreno.
Per capire con quale efficacia riesca a farlo vengono utilizzati soprattutto due valori: COP e SCOP.
I due termini sono collegati, ma non indicano la stessa cosa:
- il COP misura il rendimento in una precisa condizione di funzionamento;
- lo SCOP rappresenta una stima del rendimento durante un’intera stagione di riscaldamento.
Un COP elevato è certamente positivo, ma non è sufficiente per prevedere quanto consumerà realmente la pompa di calore all’interno di uno specifico edificio.
Il COP è una fotografia istantanea
COP significa Coefficient of Performance, cioè coefficiente di prestazione.
Esprime il rapporto tra l’energia termica fornita dalla pompa di calore e l’energia elettrica assorbita in una determinata condizione.
Se una macchina produce 4 kWh di calore consumando 1 kWh di elettricità, il suo COP è pari a 4.
La formula è semplice:
COP = energia termica fornita ÷ energia elettrica assorbita
Un COP di 4 non significa quindi che la macchina abbia un’efficienza del 400% nel senso tradizionale del termine. Significa che al chilowattora elettrico utilizzato si aggiunge l’energia raccolta gratuitamente dalla sorgente esterna.
Il COP è però soltanto una fotografia. Cambiando la temperatura esterna o quella dell’acqua prodotta, può cambiare anche sensibilmente il risultato.
Come leggere sigle come A7/W35
I valori di COP vengono sempre riferiti a determinate condizioni di prova.
Per una pompa di calore aria-acqua possiamo trovare, per esempio:
A7/W35
La lettera A indica l’aria esterna e il numero 7 significa che la prova è stata eseguita con aria a 7 °C.
La lettera W indica invece l’acqua prodotta dalla pompa di calore; W35 significa che la macchina lavora con acqua a 35 °C.
Un COP dichiarato in condizioni A7/W35 non può essere confrontato direttamente con un altro misurato, per esempio, in A−7/W55. Nel secondo caso la macchina deve raccogliere energia da aria molto più fredda e produrre acqua molto più calda: il lavoro richiesto al compressore è inevitabilmente maggiore.
Per questo, quando si confrontano due pompe di calore, bisogna verificare che i valori siano riferiti alle stesse condizioni di prova.
Lo SCOP considera l’intera stagione
SCOP significa Seasonal Coefficient of Performance, cioè coefficiente di prestazione stagionale.
Invece di descrivere un solo momento, cerca di rappresentare il comportamento della pompa di calore durante l’intera stagione di riscaldamento, considerando temperature esterne e carichi differenti.
Se una macchina ha uno SCOP pari a 4, significa che, nelle condizioni standard considerate, durante la stagione può fornire mediamente circa 4 kWh termici per ogni chilowattora elettrico utilizzato.
Lo SCOP è quindi più utile del singolo COP per confrontare l’efficienza stagionale di due macchine. Rimane però un valore calcolato secondo condizioni convenzionali, non la garanzia del risultato che verrà ottenuto in qualsiasi casa o edificio.
Lo SCOP dichiarato non è ancora il rendimento reale dell’impianto
Il rendimento effettivo dipende anche da fattori che una semplice etichetta non può descrivere completamente:
- clima reale della località;
- temperatura di mandata richiesta dai terminali;
- dimensionamento della macchina;
- frequenza degli sbrinamenti;
- capacità di modulazione;
- regolazione;
- produzione di acqua calda sanitaria;
- schema idraulico e pompe di circolazione.
Una pompa di calore con uno SCOP elevato può ottenere risultati deludenti se viene costretta a lavorare con acqua troppo calda o con continue accensioni e spegnimenti.
Al contrario, una buona macchina inserita in un impianto correttamente progettato può avvicinarsi maggiormente alle prestazioni stagionali attese.
Quando elaboro una stima dei consumi e dei possibili risparmi, considero sempre una pompa di calore di buon livello, con uno SCOP elevato. Utilizzando macchine meno efficienti o condizioni di lavoro sfavorevoli, i risultati possono cambiare in modo importante.
Non bisogna scegliere il COP più alto della tabella
Nei documenti tecnici vengono spesso riportati numerosi valori di COP. È naturale che l’occhio cada su quello più alto, ma non è detto che rappresenti la condizione nella quale la macchina lavorerà realmente.
Per un edificio con radiatori, per esempio, può essere poco significativo osservare soltanto il COP dichiarato con acqua a 35 °C, se l’impianto richiederà per una parte dell’inverno temperature più elevate.
Allo stesso modo, non basta conoscere il rendimento a 7 °C esterni. Bisogna verificare che cosa accade quando la temperatura diminuisce e il fabbisogno dell’edificio aumenta.
La domanda corretta non è quindi:
«Qual è il COP massimo di questa pompa di calore?»
Ma:
«Quali COP e quale potenza mantiene nelle condizioni in cui dovrà realmente lavorare?»
Dal rendimento dichiarato al consumo reale
COP e SCOP sono strumenti fondamentali, ma devono essere letti insieme alle caratteristiche dell’edificio e dell’impianto.
Il consumo reale nasce dall’incontro tra:
- quantità di calore richiesta dall’edificio;
- rendimento stagionale effettivo della pompa di calore;
- temperatura di lavoro;
- comportamento della macchina durante l’intera stagione.
In forma molto semplificata, se un edificio necessita di 12.000 kWh termici durante l’inverno e la pompa di calore ottiene realmente uno SCOP pari a 4, il consumo per il riscaldamento sarà indicativamente di circa 3.000 kWh elettrici.
Ma se lo SCOP effettivo scende a 3, la stessa energia termica richiederà circa 4.000 kWh elettrici.
Una differenza apparentemente piccola nel rendimento stagionale può quindi produrre una variazione importante nella bolletta.
Nel prossimo capitolo vedremo perché potenza, assorbimento e COP cambiano con la temperatura esterna e con quella dell’acqua prodotta dalla pompa di calore.
Come cambiano potenza, consumi e rendimento
La potenza indicata per una pompa di calore non rimane necessariamente uguale in qualsiasi condizione.
Una macchina presentata commercialmente come “12 kW” può raggiungere quella potenza con una determinata temperatura esterna e produrre risultati differenti quando l’aria diventa più fredda oppure l’impianto richiede acqua a temperatura più elevata.
Per comprendere come si comporta realmente bisogna osservare insieme tre valori:
- potenza termica resa, cioè il calore fornito all’edificio;
- potenza elettrica assorbita, cioè l’elettricità richiesta in quel momento;
- COP, cioè il rapporto tra il calore prodotto e la potenza elettrica assorbita.
Leggere soltanto uno di questi dati può fornire un’immagine molto incompleta della macchina.
Potenza e consumo non sono la stessa cosa
La potenza viene espressa in kW e indica ciò che accade in un determinato momento.
Il consumo viene invece espresso in kWh e dipende anche dal tempo durante il quale la macchina rimane in funzione.
Se una pompa di calore assorbe 3 kW elettrici per due ore, il consumo complessivo sarà di 6 kWh.
Nelle tabelle che seguono confrontiamo precisi punti di funzionamento. Utilizzeremo quindi:
- kW per la potenza termica resa;
- kW per la potenza elettrica assorbita;
- COP per il rapporto tra le due grandezze.
Che cosa accade quando fuori fa più freddo
In una pompa di calore aria-acqua, la diminuzione della temperatura esterna rende progressivamente più impegnativo raccogliere energia e trasferirla all’impianto.
Contemporaneamente, proprio mentre fuori fa più freddo, l’edificio disperde più calore e richiede una potenza maggiore.
Le due esigenze si muovono quindi in direzioni opposte: il fabbisogno della casa aumenta, mentre la potenza massima disponibile della pompa di calore può diminuire.
Anche il COP tende a scendere, perché il compressore deve compiere un lavoro maggiore per portare l’energia raccolta all’esterno alla temperatura richiesta dall’impianto.
Per questo il dato dichiarato con aria esterna a 7 °C non è sufficiente per stabilire se la macchina riuscirà a riscaldare correttamente l’edificio durante le giornate più rigide.
Che cosa accade quando aumenta la temperatura dell’acqua
Anche la temperatura richiesta dall’impianto modifica sensibilmente le prestazioni.
Produrre acqua a 35 °C richiede normalmente un lavoro inferiore rispetto a produrla a 45, 50 oppure 55 °C, partendo dalla stessa temperatura esterna.
Quando aumenta la temperatura dell’acqua:
- cresce generalmente la potenza elettrica assorbita;
- il COP diminuisce;
- può diminuire anche la potenza termica disponibile.
Questo non significa che la pompa di calore debba lavorare sempre a 35 °C. Significa che la temperatura di mandata dovrebbe essere quella realmente necessaria per mantenere confortevole l’edificio, evitando di produrre acqua inutilmente più calda.
Esempio di prestazioni con acqua a 35 °C
La tabella riporta i dati di una specifica pompa di calore aria-acqua. I valori servono a comprendere il comportamento della macchina e non devono essere estesi automaticamente a tutti i prodotti.
W 35 (mandata 35C° risc. a pavimento) | 20 C° | 15 C° | 12 C° | 10 C° | 7 C° | 2 C° | -7 C° | -10 C° | -15 C° | -18 C° |
Potenza termica (kW) | kW 12,80 | kW 12,80 | kW 12,80 | kW 12,80 | kW 12,50 | kW 10,20 | kW 10,00 | kW 8,98 | kW 8,07 | kW 6,80 |
Potenza elettrica assorbita (kW) | kW 2,30 | kW 2,59 | kW 2,85 | kW 2,97 | kW 3,15 | kW 3,40 | kW 3,72 | kW 3,63 | kW 3,60 | kW 3,43 |
COP | COP 5,56 | COP 4,95 | COP 4,50 | COP 4,31 | COP 3,97 | COP 3,00 | COP 2,69 | COP 2,47 | COP 2,24 | COP 1,98 |
Esempio di prestazioni con acqua a 45 °C
Osserviamo adesso la stessa macchina quando deve produrre acqua a 45 °C.
W 45 (mandata 45C° fancoil bassa temp.) | 20 C° | 15 C° | 12 C° | 10 C° | 7 C° | 2 C° | -7 C° | -10 C° | -15 C° | -18 C° |
Potenza termica (kW) | kW 12,70 | kW 12,70 | kW 12,60 | kW 12,40 | kW 12,20 | kW 9,89 | kW 9,71 | kW 8,76 | kW 7,80 | kW 6,60 |
Potenza elettrica assorbita (kW) | kW 2,70 | kW 3,17 | kW 3,56 | kW 3,84 | kW 4,00 | kW 4,12 | kW 4,11 | kW 4,02 | kW 3,94 | kW 3,98 |
COP | COP 4,70 | COP 4,01 | COP 3,54 | COP 3,23 | COP 3,05 | COP 2,40 | COP 2,36 | COP 2,18 | COP 1,98 | COP 1,66 |
Che cosa mostrano le due tabelle
Prendiamo una temperatura esterna di 7 °C.
Con acqua a 35 °C, la macchina fornisce 12,50 kW termici, assorbe 3,15 kW elettrici e raggiunge un COP di 3,97.
Con acqua a 45 °C, la potenza termica rimane simile, ma l’assorbimento sale a 4 kW e il COP scende a 3,05.
La macchina è la stessa. È cambiata soltanto la temperatura richiesta dall’impianto.
Osserviamo poi il funzionamento a –7 °C:
- con acqua a 35 °C vengono forniti 10 kW termici con un COP di 2,69;
- con acqua a 45 °C vengono forniti 9,71 kW termici con un COP di 2,36.
La temperatura esterna più bassa e quella di mandata più elevata aumentano il lavoro richiesto al compressore. La potenza disponibile può diminuire proprio mentre il fabbisogno dell’edificio aumenta.
Il punto non è stabilire se questa specifica macchina sia buona o cattiva. Le tabelle mostrano un principio molto più importante:
La stessa pompa di calore può ottenere risultati molto diversi a seconda delle condizioni nelle quali deve lavorare.
Come utilizzare correttamente questi dati
Per valutare una pompa di calore bisogna mettere in relazione:
- fabbisogno dell’edificio alle diverse temperature esterne;
- temperatura dell’acqua richiesta dai terminali;
- potenza termica resa dalla macchina nelle stesse condizioni;
- potenza elettrica assorbita e COP.
Non basta trovare nel catalogo una casella nella quale la macchina raggiunge la potenza desiderata. Quella condizione deve rappresentare davvero il clima e la temperatura di mandata del progetto.
Il consumo annuale, inoltre, non dipende dalla sola potenza scritta nel nome del modello, ma dal calore richiesto dall’edificio e dal rendimento che la macchina riesce a mantenere durante l’intera stagione.
La sorgente energetica cambia il rendimento
Una pompa di calore deve raccogliere energia da una sorgente e portarla alla temperatura necessaria per riscaldare l’edificio.
Più la sorgente è fredda e variabile, maggiore può diventare il lavoro richiesto al compressore. Al contrario, una sorgente relativamente mite e stabile permette normalmente alla macchina di lavorare in condizioni più favorevoli.
Per questo una pompa di calore aria-acqua, una geotermica e una acqua-acqua, pur utilizzando lo stesso principio frigorifero, possono ottenere rendimenti stagionali differenti.
La sorgente non è però l’unico elemento che conta. Il risultato dipende sempre dalla distanza tra la temperatura alla quale il calore viene raccolto e quella alla quale deve essere consegnato all’impianto.
La sorgente cambia le condizioni di lavoro
Una pompa di calore aria-acqua utilizza una sorgente disponibile ovunque, ma molto variabile. Una geotermica lavora invece con il terreno, che mantiene temperature più stabili. L’acqua di falda può offrire condizioni ancora più favorevoli, ma richiede pozzi, pompe di sollevamento e scambiatori.
Queste differenze incidono sul rendimento stagionale, ma non raccontano da sole il comportamento reale dell’impianto.
Nel confronto bisogna considerare anche:
- temperatura di mandata;
- consumi di circolatori e pompe di sollevamento;
- perdite negli scambiatori;
- qualità della regolazione;
- produzione di acqua calda sanitaria;
- corretto dimensionamento della macchina e della captazione.
Una pompa di calore aria-acqua ben scelta, collegata a un impianto che lavora a temperatura contenuta, può ottenere risultati migliori di una geotermica progettata male.
Allo stesso modo, un sistema acqua-acqua con un COP elevato può perdere parte del proprio vantaggio se richiede molta elettricità per estrarre e movimentare l’acqua.
La sorgente stabilisce le condizioni di partenza. La qualità del progetto decide quanto di quel vantaggio riusciremo realmente a utilizzare.
Il corretto dimensionamento della pompa di calore
Il dimensionamento è probabilmente la fase più importante dell’intero progetto.
Una pompa di calore troppo piccola potrebbe non riuscire a garantire il comfort nelle giornate più fredde. Una macchina troppo grande, invece, può lavorare per gran parte della stagione in condizioni poco favorevoli, con continue accensioni e spegnimenti, minore efficienza e maggiori sollecitazioni sul compressore.
L’obiettivo non è quindi scegliere la pompa di calore più potente, ma quella che riesce a seguire nel modo più naturale il fabbisogno reale dell’edificio durante tutto l’anno.
Il dimensionamento non dipende dai metri quadrati
Uno degli errori più frequenti consiste nello scegliere la pompa di calore basandosi esclusivamente sulla superficie dell’abitazione oppure sulla potenza della vecchia caldaia.
In realtà questi dati, da soli, non permettono di conoscere il fabbisogno termico dell’edificio.
Per progettare correttamente bisogna valutare contemporaneamente:
- dispersioni dell’edificio;
- clima della località;
- temperatura esterna di progetto;
- temperatura interna desiderata;
- caratteristiche dei terminali;
- temperatura di mandata realmente necessaria;
- produzione di acqua calda sanitaria;
- modalità di utilizzo dell’edificio.
Due abitazioni di identica superficie possono richiedere pompe di calore completamente diverse se cambiano isolamento, esposizione, serramenti, zona climatica oppure impianto di emissione.
La potenza nominale non basta
Il valore di potenza riportato nel nome commerciale della macchina rappresenta soltanto un riferimento.
Ciò che conta realmente è la potenza che la pompa di calore riesce a fornire nelle condizioni di funzionamento previste dal progetto.
Per questo motivo il dimensionamento deve sempre essere eseguito verificando contemporaneamente:
- temperatura esterna;
- temperatura dell’acqua di mandata;
- potenza termica resa;
- potenza elettrica assorbita;
- COP nelle stesse condizioni.
Confrontare soltanto il numero di kW riportato nel catalogo può portare a scegliere una macchina apparentemente adeguata, ma incapace di mantenere le prestazioni richieste quando le condizioni diventano più impegnative.
Il punto di progetto è soltanto una parte della stagione
La pompa di calore deve essere verificata nella giornata più fredda prevista per quella località.
Tuttavia quella condizione rappresenta soltanto poche ore durante l’intero inverno.
Per gran parte della stagione l’edificio richiederà una potenza molto inferiore.
Per questo motivo il corretto dimensionamento deve considerare sia il comportamento della macchina nel punto di progetto sia la sua capacità di lavorare in modo continuo durante tutte le altre condizioni climatiche.
È proprio questo equilibrio che permette di ottenere comfort, consumi contenuti e lunga durata del compressore.
Il dimensionamento deve considerare l’intero sistema
La scelta della macchina non può essere separata dall’impianto nel quale dovrà lavorare.
Temperatura di mandata, portate, regolazione climatica, Puffer, accumulo sanitario e schema idraulico influenzano direttamente il comportamento della pompa di calore.
Dimensionare non significa quindi trovare soltanto il numero corretto di kW, ma scegliere una macchina capace di coprire il fabbisogno nelle condizioni più impegnative e, allo stesso tempo, di lavorare stabilmente durante il resto della stagione.
Clima esterno e cicli di sbrinamento
Una pompa di calore aria-acqua utilizza una sorgente disponibile ovunque, ma molto variabile: l’aria esterna.
La temperatura non è l’unico elemento che ne condiziona il funzionamento. Conta anche l’umidità, perché una giornata relativamente mite e molto umida può essere più impegnativa, per l’unità esterna, di una giornata più fredda ma secca.
È proprio dall’incontro tra temperatura e umidità che nasce uno dei fenomeni più importanti da comprendere: la formazione di brina sull’evaporatore e la conseguente necessità di effettuare cicli di sbrinamento.
Perché si forma il ghiaccio sull’unità esterna
Durante il riscaldamento invernale, l’evaporatore dell’unità esterna lavora a una temperatura inferiore rispetto a quella dell’aria dalla quale sta raccogliendo energia.
Anche quando all’esterno ci sono alcuni gradi sopra lo zero, la superficie dello scambiatore può quindi trovarsi sotto 0 °C.
L’umidità contenuta nell’aria condensa sulle alette e si trasforma progressivamente in brina. Se questa non viene rimossa, lo strato di ghiaccio ostacola il passaggio dell’aria e riduce lo scambio termico.
La pompa di calore comincia così a raccogliere meno energia, mentre ventola e compressore devono lavorare in condizioni sempre più sfavorevoli.
La fascia più critica può essere fra 2 e 7 °C
Può sembrare strano, ma la formazione di ghiaccio non è necessariamente più intensa durante le giornate con le temperature più basse.
Quando l’aria è molto fredda può contenere poca umidità. Al contrario, fra circa 2 e 7 °C, una condizione invernale molto comune in numerose zone d’Italia, l’aria può essere particolarmente umida mentre l’evaporatore rimane sotto zero.
È proprio in questa fascia che la pompa di calore può essere costretta a effettuare diversi cicli di sbrinamento.
Non esiste comunque una temperatura critica identica per tutte le località e per tutte le macchine. Contano anche:
- umidità relativa;
- vento;
- nebbia e precipitazioni;
- temperatura effettiva dello scambiatore;
- quantità d’aria movimentata;
- geometria e dimensioni dell’evaporatore.
Per questo due giornate con la stessa temperatura esterna possono produrre un comportamento molto diverso.
Che cosa accade durante lo sbrinamento
Quando il ghiaccio raggiunge un livello tale da compromettere lo scambio termico, la macchina deve eliminarlo.
Nelle pompe di calore reversibili il ciclo frigorifero viene normalmente invertito per alcuni minuti. Una parte del calore disponibile viene trasferita verso l’evaporatore esterno, sciogliendo la brina accumulata sulle alette.
Durante questa fase:
- la normale produzione di calore per l’edificio viene temporaneamente ridotta o interrotta;
- la pompa di calore continua a utilizzare energia elettrica;
- dall’unità esterna può uscire una notevole quantità d’acqua;
- possono comparire vapore e nuvole bianche, che non indicano necessariamente un guasto.
Concluso lo sbrinamento, la macchina torna al normale funzionamento in riscaldamento.
È quindi un processo previsto e necessario, non un’anomalia. Il problema nasce quando gli sbrinamenti diventano troppo frequenti, troppo lunghi oppure vengono avviati anche quando lo scambiatore non ne avrebbe ancora bisogno.
Come gli sbrinamenti influenzano consumi e comfort
Ogni ciclo di sbrinamento utilizza energia senza fornire, in quel momento, il normale calore all’impianto.
Un singolo ciclo non modifica in modo significativo il risultato stagionale. Molti sbrinamenti ravvicinati, invece, possono ridurre la potenza utile disponibile e peggiorare il rendimento complessivo.
L’effetto è particolarmente importante quando la pompa di calore è stata dimensionata senza sufficiente margine nelle condizioni reali oppure quando l’impianto possiede poca inerzia termica.
Durante lo sbrinamento, infatti, la macchina può utilizzare parte dell’energia presente nell’acqua dell’impianto. Un volume insufficiente o portate non corrette possono rendere il processo più difficile e provocare abbassamenti percepibili della temperatura.
Anche per questo pompa di calore e impianto devono essere progettati insieme.
Le differenze tra una macchina e l’altra emergono proprio qui
I dati dichiarati a condizioni standard non raccontano completamente come una pompa di calore si comporterà durante una giornata fredda e umida.
Tra prodotti differenti possono cambiare sensibilmente:
- superficie e dimensioni dell’evaporatore;
- distanza tra le alette;
- quantità d’aria movimentata;
- posizione e precisione dei sensori;
- logica con cui viene riconosciuta la presenza di ghiaccio;
- durata e gestione del ciclo di sbrinamento;
- velocità con cui la macchina riprende a riscaldare l’edificio.
Una macchina con uno scambiatore ampio può raccogliere la stessa quantità di energia facendo lavorare l’evaporatore in condizioni meno esasperate. Una regolazione evoluta evita invece di avviare lo sbrinamento semplicemente perché è trascorso un determinato intervallo di tempo, cercando di riconoscere quando sia realmente necessario.
È in queste condizioni, molto frequenti negli inverni italiani, che si possono manifestare differenze importanti tra pompe di calore progettate con maggiore o minore attenzione.
Non basta quindi sapere che una macchina riesce a funzionare a –20 °C. Bisogna capire anche come lavora per molte ore fra 2 e 7 °C, con aria umida e formazione continua di brina.
La collocazione dell’unità esterna può migliorare o peggiorare il problema
L’unità esterna deve poter aspirare ed espellere liberamente grandi quantità d’aria.
Una collocazione troppo chiusa può favorire il ricircolo dell’aria già raffreddata dalla macchina. L’evaporatore si trova così a lavorare con una sorgente più fredda rispetto all’aria realmente presente all’esterno, peggiorando potenza, rendimento e formazione di ghiaccio.
Bisogna quindi evitare:
- vani troppo stretti;
- ostacoli davanti alla ventola;
- pareti e coperture eccessivamente vicine;
- accumuli di neve o foglie;
- posizioni nelle quali l’acqua di sbrinamento non possa defluire correttamente.
L’acqua prodotta durante lo sbrinamento può essere abbondante. Se non viene raccolta o drenata correttamente, può gelare sotto la macchina, creare pericoli di scivolamento e ostacolare progressivamente il funzionamento dell’unità.
Come valutare il comportamento invernale di una pompa di calore
La temperatura minima di funzionamento riportata nella scheda tecnica è soltanto uno dei dati da controllare.
Per comprendere come la macchina affronterà l’inverno bisogna osservare:
- potenza disponibile alle basse temperature;
- COP nelle condizioni realmente utili;
- comportamento dichiarato durante gli sbrinamenti;
- dimensioni e caratteristiche dell’unità esterna;
- potenza assorbita dalle eventuali resistenze;
- temperatura massima dell’acqua ottenibile alle diverse condizioni esterne.
Il fatto che una macchina possa funzionare a –20 °C non basta a descriverne il comportamento durante l’inverno. In molte zone italiane conta maggiormente come riesce a lavorare per molte ore fra 2 e 7 °C, con aria umida e formazione di brina.
La qualità di una pompa di calore aria-acqua si riconosce anche dalla capacità di attraversare queste condizioni mantenendo potenza, rendimento e comfort, con sbrinamenti soltanto quando servono e della durata strettamente necessaria.
Modulazione, accensioni e durata del compressore
Una pompa di calore non deve soltanto riuscire a fornire abbastanza potenza durante la giornata più fredda. Per gran parte dell’inverno, e soprattutto nelle mezze stagioni, deve saper fare anche il contrario: ridurre la propria potenza quando l’edificio richiede poco calore.
Questa capacità prende il nome di modulazione.
Una macchina che riesce ad adattarsi gradualmente al fabbisogno può lavorare per molte ore in modo continuo e regolare. Se invece la potenza minima rimane superiore a quella richiesta dalla casa, la temperatura dell’acqua sale rapidamente, il compressore si spegne e, poco dopo, deve ripartire.
È così che iniziano i frequenti cicli di accensione e spegnimento.
Che cosa significa modulazione
Nelle moderne pompe di calore, il compressore può generalmente variare la propria velocità attraverso la tecnologia inverter.
Quando l’edificio richiede molta energia, la macchina aumenta la propria potenza. Quando il fabbisogno diminuisce, rallenta il compressore e riduce il calore fornito.
La modulazione permette quindi alla pompa di calore di seguire le variazioni del carico:
- durante una giornata molto fredda può avvicinarsi alla potenza massima;
- nelle normali giornate invernali lavora a carico parziale;
- durante l’autunno e la primavera dovrebbe riuscire a scendere a potenze molto contenute.
Una modulazione ampia favorisce un funzionamento più stabile, ma il semplice rapporto dichiarato dal produttore non racconta tutto. Bisogna verificare la potenza minima effettiva nelle condizioni in cui la macchina dovrà lavorare, perché può cambiare con la temperatura esterna e con quella dell’acqua prodotta.
Perché una pompa di calore troppo grande può funzionare male
Il sovradimensionamento viene spesso considerato una forma di sicurezza:
«Mettiamo una macchina un po’ più potente, così siamo certi che scaldi.»
Ma una pompa di calore troppo grande può essere problematica quanto una troppo piccola.
Immaginiamo che, in una giornata mite, l’edificio richieda soltanto 2 kW termici. Se la macchina non riesce a scendere sotto 5 kW, continuerà a produrre più calore di quello che l’impianto riesce ad assorbire.
La temperatura dell’acqua raggiunge rapidamente il valore impostato e il compressore si arresta. Dopo poco tempo l’acqua si raffredda, la pompa di calore riparte e lo stesso ciclo ricomincia.
Una macchina può quindi essere correttamente dimensionata per la giornata più fredda e risultare comunque eccessiva durante gran parte della stagione.
Perché le frequenti accensioni sono negative
Ogni avviamento porta il circuito frigorifero da una condizione di riposo a quella di normale funzionamento. Nei primi minuti, pressioni, temperature e portate devono stabilizzarsi.
Se la macchina rimane accesa abbastanza a lungo, questa fase iniziale incide poco. Se invece il compressore si spegne e riparte continuamente, una parte rilevante del funzionamento avviene in condizioni transitorie.
Le conseguenze possono essere:
- rendimento stagionale più basso;
- temperatura dell’acqua meno stabile;
- maggiore usura dei componenti;
- più sollecitazioni sul compressore;
- comfort meno uniforme;
- difficoltà nella gestione degli sbrinamenti.
Non significa che una pompa di calore non debba mai spegnersi. Gli arresti sono normali quando il fabbisogno è molto basso o non esiste più richiesta di calore.
Il problema è il funzionamento a cicli brevi e ripetuti, spesso chiamato short cycling.
La potenza minima conta quanto quella massima
Quando si confrontano due pompe di calore, l’attenzione cade quasi sempre sulla potenza massima.
È certamente necessario verificare che la macchina riesca a fornire il calore richiesto nelle condizioni climatiche più impegnative. Ma bisogna controllare anche quanto riesca a ridurre la propria potenza.
Una buona scelta deve trovare un equilibrio tra due necessità opposte:
- avere potenza sufficiente quando fuori fa molto freddo;
- riuscire a modulare abbastanza quando il fabbisogno è contenuto.
Per questo non basta leggere il numero riportato nel nome commerciale del modello. Servono le curve di funzionamento estese, nelle quali verificare potenza massima e minima alle diverse temperature esterne e di mandata.
Una macchina dichiarata da 10 kW potrebbe avere una modulazione molto diversa da un’altra pompa di calore della stessa potenza nominale.
Il sovradimensionamento non è l’unica causa
Le continue accensioni non dipendono sempre da una macchina troppo grande.
Possono essere favorite anche da:
- scarso volume d’acqua nell’impianto;
- molte zone che si chiudono contemporaneamente;
- termostati che interrompono continuamente la richiesta;
- portate insufficienti;
- curva climatica impostata troppo alta;
- differenziale di temperatura troppo ristretto;
- schema idraulico non adatto;
- regolazione che non comunica correttamente con la pompa di calore.
Un impianto suddiviso in molte piccole zone, per esempio, può lasciare aperto soltanto un circuito alla volta. La pompa di calore continua a produrre energia, ma trova una quantità d’acqua e una superficie di scambio troppo ridotte per assorbirla.
Anche una macchina correttamente dimensionata può quindi iniziare a funzionare male se l’impianto le impedisce di cedere il calore in modo continuo.
Puffer e regolazione possono stabilizzare il funzionamento
Il Puffer può aumentare il volume d’acqua disponibile e aiutare a ridurre le accensioni troppo ravvicinate. La regolazione climatica può invece permettere alla pompa di calore di lavorare più a lungo, adattando la temperatura dell’acqua alle condizioni esterne.
Nessuno dei due, però, può correggere da solo una macchina molto sovradimensionata, portate insufficienti o uno schema idraulico non adatto.
Il dimensionamento del Puffer, la gestione delle zone e la regolazione saranno approfonditi nel capitolo dedicato allo schema idraulico, agli accumuli e ai controlli.
Non esiste un numero di accensioni valido per tutte le macchine
Non è possibile stabilire un limite universale di accensioni valido per ogni compressore e per qualsiasi impianto.
Il numero accettabile dipende:
- dalla tecnologia del compressore;
- dalla durata media dei cicli;
- dalle indicazioni del produttore;
- dalle condizioni nelle quali avvengono gli avviamenti;
- dalle ore complessive di funzionamento.
Il semplice numero giornaliero va quindi interpretato insieme alla durata dei cicli.
Dieci avviamenti distribuiti in un’intera giornata possono avere un significato molto diverso da dieci avviamenti concentrati in un’ora. Ciò che deve insospettire è una macchina che raggiunge rapidamente la temperatura, si ferma per pochi minuti e riparte continuamente.
Proteggere il compressore comincia prima dell’installazione
La durata del compressore non dipende soltanto dalla qualità costruttiva.
Dipende anche da come la macchina è stata scelta e dalle condizioni nelle quali viene costretta a lavorare.
Prima dell’installazione devono essere verificati:
- fabbisogno massimo e andamento stagionale dell’edificio;
- potenza minima e massima della pompa di calore;
- volume d’acqua disponibile;
- comportamento delle diverse zone;
- portate richieste;
- schema idraulico;
- logica di regolazione.
Una pompa di calore correttamente dimensionata, libera di modulare e inserita in un impianto capace di assorbire il calore prodotto, può lavorare per lunghi periodi con un funzionamento stabile e poco sollecitante.
La scelta migliore non è quindi la macchina che possiede semplicemente la potenza massima più alta.
È quella che riesce a fornire il calore necessario senza essere costretta ad accendersi e spegnersi continuamente durante il resto della stagione.
La produzione di acqua calda sanitaria
La pompa di calore può occuparsi anche della produzione di acqua calda sanitaria, ma questa funzione richiede condizioni diverse rispetto al riscaldamento dell’edificio.
Un impianto radiante può lavorare per molte ore con acqua a temperatura contenuta. L’acqua destinata a docce, lavabi e cucina deve invece essere preparata e accumulata a una temperatura più elevata, pronta a essere utilizzata anche in quantità importanti e in tempi molto brevi.
Per la pompa di calore significa aumentare la temperatura di condensazione e lavorare con un rendimento inferiore rispetto al normale riscaldamento a bassa temperatura.
La produzione di acqua calda sanitaria non è quindi una funzione da aggiungere alla fine del progetto. Deve essere calcolata insieme alla potenza della macchina, all’accumulo e alle reali abitudini di utilizzo.
Perché serve un accumulo
Una caldaia può produrre acqua calda quasi istantaneamente nel momento in cui viene aperto un rubinetto. La pompa di calore, invece, lavora meglio fornendo energia gradualmente e per periodi più lunghi.
Per questo, nella maggior parte degli impianti, l’energia necessaria viene preparata in anticipo e conservata in un accumulo.
Le soluzioni più diffuse sono:
- un boiler, nel quale viene accumulata direttamente acqua sanitaria;
- un Puffer, nel quale viene accumulata acqua tecnica e l’acqua sanitaria viene prodotta attraverso uno scambiatore;
- sistemi combinati che integrano in un unico apparecchio più funzioni.
Nel primo caso la pompa di calore riscalda il volume di acqua sanitaria contenuto nel boiler. Nel secondo mantiene caldo il Puffer e l’acqua potabile viene riscaldata soltanto mentre attraversa lo scambiatore, nel momento in cui viene utilizzata.
Non esiste una soluzione migliore in assoluto. Cambiano il volume necessario, la temperatura di accumulo, la rapidità di produzione, le dispersioni e le esigenze di manutenzione.
L’accumulo deve essere dimensionato sui consumi reali
Il volume non dovrebbe essere scelto soltanto in base al numero di persone dichiarato in una tabella commerciale.
Due famiglie composte dallo stesso numero di persone possono avere consumi completamente differenti. Bisogna considerare:
- numero e durata delle docce;
- presenza di vasche da bagno;
- utilizzi contemporanei;
- temperatura dell’acqua fredda in ingresso;
- temperatura alla quale viene mantenuto l’accumulo;
- potenza con cui la pompa di calore riesce a ricaricarlo;
- tempo disponibile tra un prelievo e quello successivo.
Conta quindi non soltanto quanta acqua può contenere l’accumulo, ma anche quanta energia realmente utilizzabile contiene e quanto velocemente può essere ripristinata.
Un accumulo troppo piccolo può esaurirsi durante i prelievi più intensi e costringere la macchina a frequenti ricariche ad alta temperatura. Un accumulo inutilmente grande occupa più spazio, costa di più e aumenta le dispersioni termiche.
Il dimensionamento deve trovare il giusto equilibrio tra comfort, tempo di ricarica ed efficienza.
La priorità dell’acqua calda sanitaria
Nelle configurazioni più diffuse, quando il boiler richiede energia, una valvola devia il calore prodotto dalla pompa di calore verso l’accumulo sanitario.
Durante questo periodo il riscaldamento o il raffrescamento degli ambienti viene temporaneamente sospeso. Si parla per questo di priorità dell’acqua calda sanitaria.
È un funzionamento normale e, in un’abitazione correttamente progettata, l’interruzione può passare completamente inosservata. L’edificio e l’impianto possiedono infatti un’inerzia sufficiente per mantenere il comfort durante il tempo necessario alla ricarica.
Il problema può emergere quando:
- l’accumulo è troppo piccolo;
- la pompa di calore impiega molto tempo a ricaricarlo;
- la temperatura richiesta è inutilmente elevata;
- i consumi sanitari sono stati sottostimati;
- la produzione di acqua calda interrompe troppo frequentemente il riscaldamento.
In alberghi, agriturismi, palestre, ristoranti o edifici con consumi elevati, l’acqua calda sanitaria può diventare uno dei principali carichi dell’impianto. In questi casi non basta aggiungere un boiler alla pompa di calore scelta per il riscaldamento: bisogna ricostruire l’andamento dei prelievi durante la giornata e verificare potenza, accumulo e tempi di ripristino.
La temperatura più alta riduce il rendimento
Come abbiamo visto nei capitoli precedenti, il rendimento diminuisce quando aumenta la temperatura alla quale la pompa di calore deve consegnare il calore.
Questo vale anche per l’acqua calda sanitaria.
Portare l’accumulo a una temperatura più elevata permette di conservare una maggiore quantità di energia nello stesso volume, ma richiede più lavoro al compressore, riduce il COP e aumenta le dispersioni termiche.
Non conviene quindi mantenere l’accumulo alla temperatura massima raggiungibile dalla macchina semplicemente per avere una maggiore riserva.
La temperatura deve essere scelta tenendo insieme:
- comfort richiesto;
- autonomia dell’accumulo;
- rendimento della pompa di calore;
- dispersioni;
- caratteristiche igieniche del sistema;
- modalità di distribuzione e miscelazione dell’acqua.
Anche la capacità della pompa di calore di raggiungere una determinata temperatura deve essere verificata nelle condizioni invernali reali. Dichiarare che una macchina può produrre acqua a 60 o 70 °C non significa che lo faccia sempre con la stessa potenza e con un rendimento conveniente.
Efficienza e sicurezza igienica devono essere considerate insieme
La temperatura dell’accumulo non può essere decisa osservando soltanto il COP.
Quando viene conservata acqua sanitaria, il progetto deve considerare anche ristagni, ricircolo, temperature della rete, frequenza di utilizzo e strategia prevista per limitare il rischio microbiologico.
Nei sistemi che accumulano acqua tecnica e producono l’acqua sanitaria istantaneamente attraverso uno scambiatore, il volume di acqua potabile mantenuto in accumulo viene fortemente ridotto. Rimangono comunque da progettare correttamente la rete di distribuzione, gli eventuali anelli di ricircolo e i punti poco utilizzati.
Non è quindi corretto applicare indistintamente lo stesso ciclo o la stessa temperatura a qualsiasi impianto. La strategia dipende dalla tipologia di accumulo, dall’edificio e dalle indicazioni tecniche e igienico-sanitarie applicabili. Le linee guida italiane attribuiscono particolare importanza alla gestione delle temperature e del ricircolo nei sistemi con accumulo di acqua sanitaria.
Anche il ricircolo può incidere molto sui consumi
Negli edifici più grandi viene spesso installato un circuito di ricircolo, in modo che l’acqua calda sia disponibile rapidamente anche nei punti di utilizzo lontani dall’accumulo.
Questo migliora il comfort, ma può creare una dispersione continua lungo le tubazioni. Se il circuito è esteso, poco isolato o mantenuto sempre attivo, la pompa di calore deve reintegrare ripetutamente il calore perduto anche quando nessuno sta utilizzando acqua.
Il ricircolo deve quindi essere:
- correttamente isolato;
- bilanciato;
- regolato in funzione degli orari e delle effettive necessità;
- incluso nel calcolo del fabbisogno sanitario.
In una struttura ricettiva, le dispersioni del ricircolo possono avere un peso molto diverso rispetto a quelle di una normale abitazione.
Coordinare la produzione con il fotovoltaico
Quando è presente un impianto fotovoltaico, una parte della produzione di acqua calda sanitaria può essere programmata nelle ore di maggiore disponibilità solare.
L’accumulo permette così di conservare energia sotto forma di calore, ma non conviene aumentare inutilmente la temperatura soltanto per assorbire le eccedenze elettriche. Il coordinamento tra pompa di calore e fotovoltaico sarà approfondito nel capitolo dedicato.
Che cosa bisogna verificare nel progetto
Per progettare correttamente la produzione di acqua calda sanitaria bisogna conoscere:
- quantità e distribuzione temporale dei prelievi;
- volume realmente utilizzabile dell’accumulo;
- temperatura prevista di accumulo e di erogazione;
- potenza resa dalla pompa di calore durante la ricarica;
- tempo necessario per ripristinare l’energia consumata;
- eventuale presenza di ricircolo;
- strategia igienica e sistema di regolazione.
Nelle normali abitazioni, la soluzione non consiste necessariamente nell’aumentare la potenza della pompa di calore. Spesso è più importante dimensionare bene l’accumulo e organizzare correttamente i tempi di ricarica.
Quando invece i prelievi sono elevati e concentrati, l’acqua calda sanitaria deve entrare direttamente nel calcolo della potenza e dell’intero sistema.
Il comfort sanitario non dipende soltanto dai litri dichiarati dal boiler, ma dall’energia disponibile, dalla velocità con cui viene ripristinata e dal momento in cui serve realmente.
Schema idraulico, accumuli e regolazione
Anche una pompa di calore correttamente dimensionata può funzionare male se viene collegata a uno schema idraulico inadatto.
La macchina deve trovare sempre una portata sufficiente, un volume d’acqua adeguato e circuiti capaci di assorbire il calore prodotto. Deve inoltre coordinare riscaldamento, raffrescamento, acqua calda sanitaria ed eventuali altri generatori senza essere costretta a continui arresti o a temperature inutilmente elevate.
Lo schema idraulico non è quindi un semplice insieme di tubazioni e componenti. È ciò che permette alla pompa di calore di lavorare nelle condizioni previste dal progetto.
Collegamento diretto o presenza del Puffer
In un impianto semplice, la pompa di calore può essere collegata direttamente ai terminali.
Questa soluzione può funzionare bene quando:
- il volume d’acqua dell’impianto è sufficiente;
- la portata richiesta dalla macchina è sempre garantita;
- gran parte dei circuiti rimane normalmente aperta;
- non ci sono molte zone indipendenti che si chiudono contemporaneamente;
- pompa di calore e impianto lavorano con portate compatibili.
Un impianto radiante esteso, con circuiti ben bilanciati e una regolazione corretta, può offrire già una buona inerzia termica.
Nelle ristrutturazioni, però, la situazione è spesso più complessa. Possono esserci radiatori, ventilconvettori, circuiti con portate differenti, molte valvole di zona o richieste di temperatura non omogenee. In questi casi il collegamento diretto può non garantire alla pompa di calore condizioni di funzionamento sufficientemente stabili.
Il Puffer può allora svolgere una o più funzioni precise.
A che cosa serve realmente il Puffer
Il Puffer non deve essere inserito semplicemente perché «con la pompa di calore si è sempre fatto così».
Può servire per:
- aumentare il volume d’acqua disponibile;
- prolungare i cicli di funzionamento del compressore;
- fornire energia durante gli sbrinamenti;
- separare la portata della pompa di calore da quella richiesta dall’impianto;
- gestire più zone o circuiti differenti;
- integrare altri generatori o fonti energetiche;
- accumulare una parte dell’energia prodotta nelle ore favorevoli.
La configurazione dipende dalla funzione richiesta.
Un Puffer installato in serie può aumentare il volume d’acqua mantenendo sostanzialmente un unico circuito. Un accumulo utilizzato come separatore idraulico permette invece alla pompa di calore e all’impianto di lavorare con portate differenti, attraverso circolatori indipendenti.
La separazione idraulica può essere molto utile, ma deve essere progettata con attenzione. Se le portate primarie e secondarie non sono coordinate, all’interno del Puffer possono verificarsi miscelazioni che aumentano la temperatura di ritorno verso la macchina o riducono quella inviata all’impianto.
Per recuperare la temperatura perduta, la pompa di calore può essere costretta a produrre acqua più calda, riducendo il proprio rendimento.
Il Puffer non si dimensiona con una misura universale
Non esiste una capacità corretta per qualsiasi pompa di calore e per qualunque impianto.
Il volume deve essere valutato considerando:
- contenuto d’acqua già presente nell’impianto;
- volume minimo richiesto dal produttore;
- potenza minima alla quale la macchina riesce a modulare;
- durata minima desiderata dei cicli;
- differenza di temperatura utilizzabile nell’accumulo;
- numero e comportamento delle zone;
- energia necessaria durante gli sbrinamenti;
- eventuale utilizzo dell’accumulo insieme al fotovoltaico.
Un Puffer troppo piccolo può non modificare in modo apprezzabile il funzionamento della macchina. Uno inutilmente grande aumenta costo, ingombro e dispersioni, oltre a rendere più lenta la risposta dell’impianto.
Il dimensionamento deve quindi partire dal problema che l’accumulo deve risolvere, non da una quantità di litri scelta automaticamente in base alla sola potenza nominale della pompa di calore.
Portata e differenza di temperatura
Per trasferire una determinata potenza termica serve una portata d’acqua adeguata.
Se la portata è insufficiente, la differenza tra temperatura di mandata e ritorno aumenta e lo scambio termico peggiora. La macchina può raggiungere rapidamente i propri limiti, generare allarmi o incontrare difficoltà durante gli sbrinamenti.
Una portata eccessiva, invece, può provocare rumore nelle tubazioni, aumentare il consumo dei circolatori e rendere più difficile il corretto bilanciamento dei circuiti.
Devono quindi essere verificati insieme:
- diametro delle tubazioni;
- perdite di carico;
- caratteristiche dei circolatori;
- scambiatori;
- filtri e separatori di impurità;
- valvole e circuiti effettivamente aperti.
Non basta che l’acqua riesca a circolare. Deve poterlo fare nella quantità prevista e in tutte le condizioni di funzionamento dell’impianto.
Una pompa di calore può ricevere una portata corretta durante il collaudo e perderla successivamente quando alcune zone vengono chiuse, un filtro si sporca oppure una valvola modifica l’equilibrio del circuito.
Più zone non significano necessariamente maggiore controllo
Dividere l’edificio in molte zone può sembrare sempre vantaggioso, ma ogni zona che si chiude riduce la superficie disponibile per cedere il calore.
Se rimane attivo soltanto un piccolo circuito, la pompa di calore può trovarsi a produrre più energia di quella che l’impianto riesce ad assorbire. La temperatura sale rapidamente e il compressore inizia ad accendersi e spegnersi.
La regolazione delle zone dovrebbe quindi essere compatibile con il funzionamento modulante della macchina.
In alcuni impianti può essere opportuno mantenere sempre disponibile una parte della superficie riscaldante. In altri è necessario utilizzare un Puffer o una separazione idraulica che garantisca alla pompa di calore il volume e la portata necessari indipendentemente dalle zone aperte.
Il numero di termostati non determina da solo la qualità della regolazione. Conta soprattutto il modo in cui questi interagiscono con il generatore e con i circolatori.
Circuiti con temperature differenti
Un edificio può avere contemporaneamente pavimento radiante, radiatori e ventilconvettori.
Questi terminali possono richiedere temperature e portate differenti. Lo schema idraulico deve quindi permettere a ogni circuito di ricevere ciò che serve senza costringere l’intera pompa di calore a lavorare sempre alla temperatura più alta.
Produrre acqua molto calda per poi miscelarla e abbassarne la temperatura prima del pavimento radiante è possibile, ma penalizza il rendimento della macchina.
Prima di adottare questa soluzione bisogna valutare se sia possibile:
- ridurre la temperatura richiesta dal circuito più esigente;
- aumentare la superficie dei terminali;
- lavorare per un numero maggiore di ore;
- separare alcune funzioni;
- gestire diversamente le temperature nei vari periodi dell’anno.
Lo schema deve adattarsi alle necessità reali dell’edificio. Non dovrebbe essere l’edificio a doversi adattare a uno schema standard.
La produzione di acqua calda sanitaria deve avere una logica precisa
Quando la pompa di calore deve riscaldare l’accumulo sanitario, una valvola deviatrice trasferisce normalmente la potenza dal circuito di riscaldamento al boiler o al sistema previsto per l’acqua calda sanitaria.
La regolazione deve conoscere:
- temperatura dell’accumulo;
- limite di avvio e arresto della ricarica;
- durata massima della priorità sanitaria;
- temperatura che la macchina deve raggiungere;
- momento più conveniente per effettuare la ricarica.
Una sonda collocata male può far partire la ricarica troppo presto, interromperla quando l’energia disponibile è ancora insufficiente oppure costringere la macchina a lunghi cicli ad alta temperatura.
La posizione delle sonde e la logica con cui vengono lette fanno quindi parte del progetto, esattamente come il volume dell’accumulo.
La regolazione deve coordinare l’intero sistema
La centralina non deve limitarsi ad accendere e spegnere la pompa di calore.
Deve coordinare:
- temperatura di mandata;
- modulazione della macchina;
- circolatore primario e circolatori secondari;
- valvole di zona;
- produzione di acqua calda sanitaria;
- eventuali resistenze elettriche o generatori di integrazione;
- utilizzo dell’energia fotovoltaica quando disponibile.
La regolazione climatica modifica la temperatura dell’acqua in base alle condizioni esterne. In questo modo la pompa di calore può produrre acqua più fredda durante le giornate miti e aumentarla gradualmente quando il fabbisogno dell’edificio cresce.
I termostati ambiente dovrebbero correggere e limitare il funzionamento, non trasformarsi in interruttori che arrestano continuamente l’intero impianto.
Anche una curva climatica corretta può però funzionare male se i sensori sono posizionati nel punto sbagliato, i circolatori partono in momenti diversi oppure le valvole non comunicano con la centralina principale.
La qualità della regolazione non dipende quindi soltanto dal numero di funzioni disponibili, ma dalla coerenza con cui tutti i componenti vengono fatti lavorare insieme.
Lo schema più complesso non è necessariamente quello migliore. Ogni componente aggiunto deve avere una funzione chiara e deve migliorare il comportamento complessivo dell’impianto.
La pompa di calore produce energia, ma sono lo schema idraulico, gli accumuli e la regolazione a decidere come quell’energia verrà realmente utilizzata.
Rumorosità e posizionamento dell’unità esterna
La rumorosità di una pompa di calore aria-acqua non dipende soltanto dal dato riportato nella scheda tecnica.
La stessa unità esterna può risultare quasi impercettibile in una posizione ben scelta e diventare fastidiosa quando viene installata vicino a una camera da letto, in un angolo che riflette il suono oppure di fronte all’abitazione del vicino.
Per questo la valutazione acustica deve riguardare insieme qualità della macchina, condizioni di funzionamento e punto di installazione.
Potenza sonora e pressione sonora non sono la stessa cosa
Nelle schede tecniche si possono trovare due valori differenti:
- la potenza sonora, che descrive l’energia acustica complessivamente emessa dalla macchina;
- la pressione sonora, che indica il rumore misurato in un determinato punto e a una certa distanza.
La potenza sonora permette di confrontare più correttamente prodotti differenti. La pressione sonora, invece, cambia in funzione della distanza, delle superfici circostanti e delle modalità con cui è stata effettuata la misurazione.
Un valore dichiarato a cinque metri non può quindi essere confrontato direttamente con quello di un’altra macchina misurata a un metro.
Anche i decibel seguono una scala logaritmica: una differenza apparentemente piccola può rappresentare una variazione acustica significativa. Non bisogna quindi limitarsi a cercare la cifra più bassa senza verificare che i dati siano espressi nelle stesse condizioni.
La rumorosità cambia durante il funzionamento
Una pompa di calore inverter non produce sempre lo stesso livello sonoro.
Durante una giornata mite può lavorare a potenza ridotta, con compressore e ventilatore a bassa velocità. Nelle condizioni più impegnative, invece, aumenta la quantità d’aria movimentata e il compressore può avvicinarsi alla propria potenza massima.
La rumorosità può quindi cambiare durante:
- funzionamento alla massima potenza;
- produzione di acqua calda sanitaria;
- avviamento del compressore;
- cicli di sbrinamento;
- ripresa del riscaldamento dopo lo sbrinamento;
- funzionamento in raffrescamento.
Una macchina molto silenziosa alle condizioni nominali potrebbe diventare più percepibile quando deve produrre acqua calda ad alta temperatura o recuperare rapidamente energia dopo uno sbrinamento.
Per questo il valore dichiarato in catalogo rappresenta soltanto un’indicazione. Il comportamento acustico reale può cambiare sensibilmente nelle diverse condizioni di funzionamento.
Il tipo di rumore conta quanto il numero di decibel
Due pompe di calore con un livello sonoro simile possono essere percepite in modo molto diverso.
Un rumore uniforme e regolare tende a risultare meno disturbante rispetto a un suono caratterizzato da:
- tonalità acute;
- vibrazioni a bassa frequenza;
- variazioni improvvise;
- continui avviamenti e arresti;
- risonanze trasmesse alla struttura dell’edificio.
Le componenti a bassa frequenza possono attraversare più facilmente pareti e serramenti, mentre un rumore intermittente attira maggiormente l’attenzione rispetto a un suono costante.
Anche da questo punto di vista, una pompa di calore che modula bene e lavora per periodi lunghi può offrire un comfort acustico migliore rispetto a una macchina che si accende e si spegne continuamente.
Il posizionamento può amplificare il rumore
Pareti, pavimenti, tettoie e recinzioni possono riflettere il suono prodotto dall’unità esterna.
Installare la macchina in un angolo formato da due pareti può aumentare la pressione sonora percepita rispetto a una collocazione più aperta. Lo stesso può accadere all’interno di cortili stretti, cavedi o passaggi chiusi, dove il rumore rimbalza sulle superfici.
La posizione dovrebbe quindi essere valutata rispetto a:
- finestre delle camere da letto;
- terrazze e zone esterne utilizzate durante la sera;
- abitazioni confinanti;
- muri che possono riflettere il suono;
- eventuali cortili interni;
- struttura sulla quale verrà fissata la macchina.
Non basta rispettare una distanza generica dal confine. Bisogna immaginare dove si propagherà il suono, soprattutto durante la notte, quando il rumore di fondo diminuisce e l’unità esterna può risultare più percepibile.
La macchina deve poter respirare liberamente
Nascondere l’unità esterna dentro un vano o dietro una schermatura troppo ravvicinata può ostacolare il passaggio dell’aria e provocare il ricircolo dell’aria già raffreddata.
La macchina può così aumentare la velocità del ventilatore, diventare più rumorosa e lavorare in condizioni meno efficienti.
Anche una barriera acustica deve quindi ridurre la propagazione del suono senza ostacolare l’aspirazione e l’espulsione dell’aria.
Le vibrazioni non devono entrare nell’edificio
Una parte del disturbo può essere trasmessa non attraverso l’aria, ma direttamente alla struttura.
Se l’unità esterna viene fissata rigidamente a una parete, a una terrazza leggera o a una copertura, le vibrazioni di compressore e ventilatore possono propagarsi nei solai e diventare percepibili all’interno.
Per ridurre questo rischio bisogna verificare:
- stabilità e massa del basamento;
- supporti antivibranti adeguati;
- collegamenti idraulici che non trasmettano sollecitazioni;
- corretta posa delle tubazioni;
- assenza di pannelli o lamiere capaci di entrare in risonanza.
Gli antivibranti non devono essere scelti casualmente. Devono essere compatibili con il peso della macchina e con le frequenze generate durante il funzionamento.
Una base apparentemente solida può comunque trasmettere vibrazioni se è collegata rigidamente alla struttura dell’edificio.
La modalità silenziosa non risolve un posizionamento sbagliato
Molte pompe di calore dispongono di una funzione notturna o silenziosa che limita la velocità del ventilatore e, in alcuni casi, quella del compressore.
Questa funzione può essere utile nelle ore più sensibili, ma normalmente riduce anche la potenza termica disponibile.
Non dovrebbe quindi essere utilizzata per correggere una macchina rumorosa o installata nel posto sbagliato.
Prima di impostarla bisogna verificare che la pompa di calore riesca comunque a:
- coprire il fabbisogno dell’edificio;
- completare la ricarica dell’acqua calda sanitaria;
- gestire correttamente gli sbrinamenti;
- recuperare la temperatura senza lavorare successivamente alla massima potenza.
Una limitazione molto severa durante la notte potrebbe semplicemente rinviare il lavoro alle prime ore del mattino, quando la macchina sarà costretta ad aumentare rapidamente la potenza.
Il controllo acustico deve essere effettuato prima dell’acquisto
La rumorosità non dovrebbe essere valutata quando la macchina è già stata consegnata e il punto di installazione è stato deciso.
Prima della scelta occorre confrontare:
- potenza sonora dichiarata;
- pressione sonora alle medesime distanze;
- comportamento alla potenza massima;
- eventuali modalità silenziose e relative limitazioni;
- distanza dalle zone sensibili;
- presenza di superfici riflettenti;
- possibilità di trasmettere vibrazioni alla struttura.
Quando la posizione è particolarmente delicata, può essere necessario effettuare una vera valutazione acustica, considerando contemporaneamente l’emissione della macchina, la propagazione del suono e il rumore già presente nella zona.
Una pompa di calore di buona qualità può essere significativamente più silenziosa rispetto a prodotti meno curati. Ma anche la macchina migliore può diventare fastidiosa quando viene collocata senza considerare l’edificio e ciò che la circonda.
La silenziosità non dipende soltanto da quanti decibel produce la pompa di calore, ma da dove, quando e in quali condizioni quel rumore verrà percepito.
Pompa di calore e impianto fotovoltaico
Pompa di calore e impianto fotovoltaico possono lavorare molto bene insieme, perché una parte dell’energia necessaria per riscaldare, raffrescare e produrre acqua calda sanitaria può essere generata direttamente dall’edificio.
Questo non significa però che il fotovoltaico renda gratuiti i consumi della pompa di calore.
Il problema principale è temporale: la pompa di calore richiede più energia durante l’inverno e nelle ore più fredde, mentre il fotovoltaico produce soprattutto nelle ore centrali della giornata e molto di più durante la stagione estiva.
Il risultato dipende quindi non soltanto dalla potenza dei due impianti, ma dalla capacità di far coincidere la produzione elettrica con il momento in cui l’energia può essere realmente utilizzata.
Il fotovoltaico non deve essere dimensionato soltanto sulla pompa di calore
Per scegliere la potenza dell’impianto fotovoltaico bisogna considerare tutti i consumi elettrici dell’edificio:
- pompa di calore per riscaldamento e raffrescamento;
- produzione di acqua calda sanitaria;
- elettrodomestici e illuminazione;
- ventilazione meccanica e circolatori;
- eventuale piano a induzione;
- ricarica dell’automobile elettrica;
- altri utilizzi presenti o previsti in futuro.
Non è corretto prendere il consumo annuale stimato della sola pompa di calore e trasformarlo automaticamente nella potenza del fotovoltaico.
Due impianti che producono la stessa quantità annuale di energia possono offrire risultati differenti a seconda dell’orientamento dei moduli, delle ombre, della località e della distribuzione della produzione durante la giornata.
Il dimensionamento deve quindi mettere in relazione profilo dei consumi, spazio disponibile e produzione realmente ottenibile.
Produzione annuale e autoconsumo non sono la stessa cosa
Immaginiamo che il fotovoltaico produca in un anno la stessa quantità di energia elettrica consumata dalla pompa di calore.
Questo non significa che tutta l’elettricità necessaria alla macchina provenga direttamente dai moduli.
Una parte dell’energia fotovoltaica può essere prodotta quando la pompa di calore è spenta e immessa nella rete. In altri momenti, soprattutto di sera, di notte o durante giornate invernali poco soleggiate, l’elettricità deve invece essere prelevata.
Bisogna quindi distinguere:
- produzione fotovoltaica annuale, cioè tutta l’energia generata dai moduli;
- autoconsumo, cioè la parte utilizzata nello stesso momento all’interno dell’edificio;
- energia immessa, cioè quella prodotta ma non consumata immediatamente;
- energia prelevata, cioè quella richiesta alla rete quando il fotovoltaico non è sufficiente.
Il bilancio annuale è utile per valutare il risultato energetico complessivo, ma è l’autoconsumo a determinare quanta produzione solare viene utilizzata direttamente dalla pompa di calore e dagli altri apparecchi.
In inverno la coincidenza è più difficile
Durante l’inverno l’edificio richiede più calore nelle ore notturne e nelle prime ore del mattino, quando il fotovoltaico non produce o produce ancora poco.
Nelle giornate fredde e soleggiate, una parte importante del funzionamento diurno può essere coperta direttamente dall’impianto fotovoltaico. Nelle giornate nuvolose, invece, la produzione può diminuire proprio quando il fabbisogno termico rimane elevato.
Non bisogna quindi progettare il sistema immaginando che il fotovoltaico possa alimentare continuamente la pompa di calore durante tutta la stagione.
La rete elettrica continua normalmente a svolgere una funzione essenziale: riceve l’energia in eccesso e fornisce quella mancante nei momenti in cui produzione e consumo non coincidono.
Un edificio dotato di pompa di calore e fotovoltaico può ridurre notevolmente l’energia acquistata, ma non diventa automaticamente indipendente dalla rete.
Il raffrescamento offre una coincidenza molto favorevole
Durante l’estate la situazione è diversa.
Il fabbisogno di raffrescamento cresce spesso nelle stesse ore in cui l’impianto fotovoltaico raggiunge la produzione più elevata. La pompa di calore può quindi utilizzare direttamente una parte consistente dell’energia solare disponibile.
Questa coincidenza rende particolarmente interessante il funzionamento estivo, soprattutto negli edifici occupati durante il giorno, nelle strutture ricettive e nelle attività che utilizzano contemporaneamente climatizzazione e apparecchiature elettriche.
Anche in estate, però, il risultato dipende dalla regolazione. Raffreddare eccessivamente l’edificio soltanto perché il fotovoltaico sta producendo non rappresenta un vero risparmio: significa trasformare energia disponibile in un consumo che forse non sarebbe stato necessario.
L’accumulo termico può aumentare l’autoconsumo
La pompa di calore può utilizzare parte della produzione fotovoltaica per accumulare energia sotto forma di calore.
Nelle ore soleggiate è possibile, entro limiti ragionevoli:
- anticipare la produzione di acqua calda sanitaria;
- aumentare leggermente la temperatura di un Puffer;
- sfruttare l’inerzia del pavimento radiante;
- riscaldare l’edificio prima delle ore serali;
- anticipare parte del raffrescamento estivo.
In questo modo una parte dell’energia prodotta a mezzogiorno viene conservata nel sistema termico e utilizzata nelle ore successive.
L’accumulo termico è generalmente più semplice ed economico rispetto a una batteria elettrica, ma non può essere spinto senza limiti.
Aumentare troppo la temperatura dell’acqua riduce il COP della pompa di calore e accresce le dispersioni. Anche surriscaldare o raffreddare eccessivamente gli ambienti può peggiorare il comfort senza produrre un vantaggio reale.
La regolazione deve quindi spostare i consumi nel tempo mantenendo la macchina in condizioni efficienti.
La batteria elettrica non elimina il problema stagionale
Una batteria può conservare una parte dell’energia prodotta durante il giorno e renderla disponibile la sera o durante la notte.
Può quindi aumentare l’autoconsumo giornaliero, ma non trasferisce l’abbondante produzione estiva ai mesi invernali.
La convenienza deve essere valutata considerando:
- quantità di energia realmente disponibile per la ricarica;
- consumi serali e notturni;
- potenza richiesta dalla pompa di calore;
- capacità utile della batteria;
- perdite di carica e scarica;
- costo e durata del sistema.
Una batteria da 10 kWh, per esempio, non garantisce necessariamente una notte intera di riscaldamento. Se la pompa di calore e gli altri apparecchi assorbono complessivamente una potenza elevata, l’energia accumulata può esaurirsi in poche ore.
Non bisogna quindi scegliere la batteria soltanto osservando il consumo annuale. Serve conoscere quando avvengono i consumi e con quale potenza.
La regolazione deve far dialogare i due impianti
Il risultato migliore si ottiene quando pompa di calore, fotovoltaico e sistema di accumulo non funzionano come apparecchi indipendenti.
La regolazione può utilizzare un segnale di eccedenza fotovoltaica per:
- anticipare la ricarica dell’acqua calda sanitaria;
- modificare temporaneamente il valore di temperatura del Puffer;
- spostare parte del riscaldamento o del raffrescamento;
- limitare l’utilizzo della rete nelle ore meno favorevoli;
- coordinare batteria, automobile elettrica e altri carichi.
Non è però sufficiente attivare la pompa di calore ogni volta che compare un piccolo surplus fotovoltaico.
Se la produzione cambia continuamente a causa delle nuvole, la macchina potrebbe ricevere richieste instabili, accendersi e spegnersi oppure essere costretta a modificare troppo frequentemente la propria potenza.
La logica di controllo deve considerare la quantità e la durata dell’energia disponibile, lo stato termico dell’edificio e le priorità dell’impianto.
Il fotovoltaico non corregge un impianto inefficiente
La presenza del fotovoltaico non rende conveniente una pompa di calore poco efficiente o costretta a produrre acqua inutilmente calda.
L’ordine corretto è:
- ridurre il fabbisogno dell’edificio quando economicamente sensato;
- utilizzare terminali e temperature favorevoli al rendimento;
- dimensionare e regolare correttamente la pompa di calore;
- progettare il fotovoltaico sul profilo complessivo dei consumi;
- coordinare produzione, accumuli e carichi elettrici.
Che cosa bisogna verificare nel progetto
Per integrare correttamente pompa di calore e fotovoltaico bisogna conoscere:
- consumo elettrico annuale previsto;
- distribuzione dei consumi durante le stagioni e le ore della giornata;
- produzione fotovoltaica ottenibile sulla copertura disponibile;
- potenza elettrica assorbita dalla pompa di calore;
- possibilità di spostare la produzione di acqua calda sanitaria;
- inerzia dell’edificio e dell’impianto;
- presenza e dimensionamento di Puffer e batteria;
- potenza disponibile dalla rete e gestione degli altri carichi.
Un impianto ben progettato non cerca di far funzionare la pompa di calore soltanto quando c’è il sole. Cerca invece di utilizzare al meglio la produzione disponibile senza compromettere comfort, rendimento e durata della macchina.
Il fotovoltaico può ridurre in modo importante l’energia acquistata dalla rete, ma il vero risultato nasce dal coordinamento tra produzione elettrica, fabbisogno dell’edificio e funzionamento della pompa di calore.
Pompa di calore ibrida: quando ha senso e quando è soltanto un compromesso
Un impianto ibrido combina una pompa di calore con un secondo generatore, normalmente una caldaia a gas.
In teoria, la regolazione dovrebbe scegliere di volta in volta quale generatore utilizzare, oppure farli lavorare insieme, in base alla temperatura esterna, al fabbisogno dell’edificio, alla temperatura richiesta dall’impianto e al costo dell’energia.
Il principio può essere valido. Il problema è che la parola ibrido viene spesso utilizzata come se garantisse automaticamente efficienza, sicurezza e riduzione dei consumi.
Non è così.
La domanda più importante non è se nell’impianto siano presenti due generatori, ma questa:
Quale dei due produrrà realmente la maggior parte dell’energia durante l’anno?
Se la pompa di calore copre soltanto una parte marginale del fabbisogno e la caldaia continua a svolgere quasi tutto il lavoro, non siamo davanti a una vera trasformazione energetica dell’edificio. Abbiamo soprattutto sostituito una caldaia con un sistema più complesso.
Che cosa si intende normalmente per pompa di calore ibrida
Nei sistemi ibridi commerciali più diffusi, la pompa di calore aria-acqua viene abbinata a una caldaia a condensazione.
La centralina può decidere di utilizzare:
- soltanto la pompa di calore;
- soltanto la caldaia;
- entrambi i generatori contemporaneamente.
La scelta può avvenire in funzione di una temperatura esterna prestabilita, del rendimento stimato della pompa di calore, della potenza richiesta oppure del costo impostato per elettricità e gas.
Un sistema ben progettato dovrebbe utilizzare la pompa di calore per la maggior parte della stagione e ricorrere alla caldaia soltanto nelle condizioni in cui questa svolge una funzione realmente utile.
Ma per ottenere questo risultato la pompa di calore deve avere una potenza adeguata, l’impianto deve poter lavorare a temperature compatibili e la regolazione deve essere impostata correttamente.
Il falso ibrido con una pompa di calore troppo piccola
Uno degli errori più frequenti consiste nell’abbinare alla caldaia una pompa di calore di potenza molto contenuta rispetto al fabbisogno dell’edificio.
Sulla carta il sistema diventa ibrido. Nella pratica, però, la pompa di calore riesce a lavorare soltanto durante le giornate miti oppure fornisce una piccola parte della potenza necessaria, mentre la caldaia continua a occuparsi del riscaldamento vero e proprio.
In questi casi il proprietario può pensare di aver sostituito il gas con una tecnologia rinnovabile, ma il consumo di combustibile rimane elevato.
La presenza della pompa di calore può inoltre aggiungere:
- consumi elettrici;
- circolatori e componenti ausiliari;
- dispersioni;
- manutenzione;
- una regolazione più complessa;
- ulteriori possibilità di funzionamento scorretto.
Una pompa di calore molto piccola non è necessariamente sbagliata. Può avere senso se è stata scelta consapevolmente per coprire il carico di base e se il ruolo della caldaia è stato definito con precisione.
Diventa invece un compromesso poco trasparente quando viene inserita soltanto per poter definire l’impianto “ibrido”, senza verificare quanta energia riuscirà realmente a produrre.
Gli incentivi non sostituiscono il progetto
Durante il Superbonus 110% sono stati realizzati anche sistemi ibridi nei quali la pompa di calore era troppo piccola oppure la regolazione non coordinava correttamente generatori, portate e temperature.
Il risultato può essere un impianto più complesso nel quale la caldaia continua a produrre gran parte dell’energia, senza una reale riduzione dei consumi.
Un incentivo può ridurre il costo dell’intervento, ma non può sostituire l’analisi dell’edificio e la progettazione dell’intero sistema.
Quando un sistema ibrido a gas può avere senso
Un impianto ibrido può essere una scelta razionale quando esiste una difficoltà tecnica reale che non conviene o non è possibile risolvere completamente.
Può accadere, per esempio, in un edificio con un carico di punta molto elevato che si verifica soltanto per poche ore all’anno. In questo caso la pompa di calore può essere dimensionata per coprire gran parte del fabbisogno stagionale, mentre la caldaia interviene soltanto durante i picchi più impegnativi.
Può avere senso anche quando:
- alcuni circuiti richiedono occasionalmente temperature molto elevate;
- l’edificio non può essere completamente adeguato in una sola fase;
- la potenza elettrica disponibile è insufficiente;
- serve un generatore di emergenza;
- il carico varia in modo molto ampio e imprevedibile;
- la produzione di acqua calda sanitaria presenta picchi molto concentrati.
In questi casi la caldaia non deve essere semplicemente lasciata in funzione “per sicurezza”. Deve avere un ruolo preciso e misurabile.
Bisogna stabilire:
- fino a quale temperatura esterna lavora la pompa di calore;
- quanta potenza fornisce realmente;
- quando interviene il secondo generatore;
- se i due generatori lavorano insieme oppure alternativamente;
- quale percentuale dell’energia annuale verrà prodotta da ciascuno.
Senza queste informazioni non sappiamo se stiamo progettando un impianto ibrido oppure soltanto mantenendo il gas come generatore principale.
Quando è soltanto un compromesso
Il sistema ibrido diventa un compromesso poco convincente quando viene scelto per evitare di affrontare i problemi dell’impianto esistente.
Se i radiatori lavorano a temperatura troppo alta, per esempio, la soluzione non dovrebbe essere automaticamente aggiungere una piccola pompa di calore e lasciare che la caldaia continui a produrre acqua molto calda.
Prima bisognerebbe verificare se sia possibile:
- ridurre le dispersioni dell’edificio;
- aumentare le ore di funzionamento;
- migliorare la regolazione;
- sostituire o ampliare alcuni terminali;
- abbassare la temperatura di mandata;
- dimensionare una pompa di calore capace di coprire realmente il fabbisogno.
L’ibrido è debole anche quando la centralina utilizza la caldaia non appena la temperatura esterna diminuisce leggermente, senza valutare il rendimento reale della pompa di calore.
Una macchina di buona qualità può continuare a lavorare in modo conveniente anche con temperature esterne molto basse. Stabilire un punto fisso di commutazione, per esempio a 5 °C o a 2 °C, senza considerare potenza, COP, costo dell’energia e temperatura di mandata, può spostare inutilmente gran parte del consumo verso il gas.
Nelle abitazioni preferisco normalmente la sola pompa di calore
Quando l’edificio, l’impianto e la potenza elettrica lo permettono, nelle abitazioni considero generalmente più razionale realizzare un sistema completamente a pompa di calore.
Un unico generatore significa:
- una regolazione più chiara;
- minore complessità;
- nessun allacciamento al gas;
- nessuna canna fumaria;
- minori costi fissi;
- una strategia energetica più coerente con il fotovoltaico.
Questo non significa che qualsiasi casa possa eliminare immediatamente la caldaia senza verifiche.
Significa che la prima domanda dovrebbe essere:
Che cosa bisogna fare per permettere alla pompa di calore di coprire correttamente l’intero fabbisogno?
Soltanto dopo aver analizzato questa possibilità valuterei se mantenere un secondo generatore.
Partire invece dall’idea che la caldaia debba rimanere sempre e comunque porta spesso a scegliere una pompa di calore troppo piccola e a rinunciare in partenza a una vera sostituzione del gas.
Negli alberghi e nelle grandi utenze il ragionamento può cambiare
In un albergo, un agriturismo, una palestra o un’attività con consumi termici importanti, l’ibrido può avere motivazioni più solide.
Questi edifici possono presentare:
- grandi picchi di acqua calda sanitaria;
- occupazione molto variabile;
- necessità di continuità del servizio;
- carichi simultanei di riscaldamento e produzione sanitaria;
- potenze elevate difficili da coprire con un solo generatore;
- fonti energetiche già disponibili.
In queste situazioni può essere prudente disporre di più generatori, sia per coprire i picchi sia per garantire il servizio durante un guasto o una manutenzione.
Ma anche qui non basta sommare macchine differenti.
Bisogna stabilire una gerarchia di funzionamento, calcolare il costo reale dell’energia prodotta da ciascun generatore e costruire una regolazione capace di decidere in modo coerente.
Un ibrido con biomassa può avere una logica più interessante
Un sistema ibrido non deve necessariamente essere composto da pompa di calore e caldaia a gas.
In alcuni edifici può risultare molto più interessante integrare la pompa di calore con una caldaia a legna, pellet o cippato.
La pompa di calore può lavorare nelle condizioni nelle quali offre il rendimento migliore, sfruttando anche l’energia fotovoltaica. La biomassa può invece coprire carichi elevati, periodi particolarmente freddi oppure utilizzare un combustibile disponibile localmente.
Questa configurazione può essere adatta soprattutto a:
- casali;
- aziende agricole;
- strutture ricettive;
- edifici con grandi fabbisogni;
- impianti dotati di accumuli termici importanti.
Nel progetto del Casale nel Chianti, per esempio, pompa di calore geotermica, caldaia a legna, solare termico, fotovoltaico e grande accumulo non sono stati aggiunti casualmente.
Ogni fonte possiede un ruolo specifico e viene coordinata all’interno di un unico sistema.
È questa la differenza tra un vero impianto multienergia e un prodotto ibrido scelto soltanto perché contiene due generatori.
Che cosa chiedere prima di accettare una proposta ibrida
Prima di scegliere un sistema ibrido bisogna ottenere risposte precise:
- qual è il fabbisogno massimo dell’edificio;
- quale potenza fornisce la pompa di calore alle condizioni di progetto;
- quale percentuale dell’energia annuale dovrebbe coprire;
- a quale temperatura di mandata lavorerà;
- quando e perché entrerà in funzione il secondo generatore;
- quale sarà il costo dell’energia prodotta dai due sistemi;
- come verranno coordinati regolazione, circolatori e accumuli;
- se esiste una strada tecnicamente ed economicamente ragionevole per eliminare completamente il gas.
La sola indicazione della potenza nominale dei due generatori non è sufficiente.
Un sistema con una pompa di calore da 6 kW e una caldaia da 24 kW non ci dice quanto lavorerà ciascuna macchina. Potrebbe essere un progetto nel quale la pompa di calore copre gran parte dell’anno, oppure un impianto nel quale la caldaia continua a produrre quasi tutta l’energia.
Un impianto ibrido ha senso quando ogni generatore possiede una funzione precisa. Quando la pompa di calore è soltanto un’aggiunta simbolica alla caldaia, l’ibrido diventa soprattutto un compromesso costoso e complesso.
Quanto costa una pompa di calore
La domanda «quanto costa una pompa di calore?» può riferirsi a interventi completamente diversi.
Può trattarsi della sostituzione della caldaia in una normale abitazione, ma anche dell’impianto di un casale, di un albergo, di un condominio, di un’azienda o di un edificio di migliaia di metri quadrati. In questi ultimi casi cambiano potenze, numero dei generatori, accumuli, distribuzione, regolazione e continuità di servizio: il costo deve essere costruito sul progetto e non può essere ricavato moltiplicando un prezzo standard per i metri quadrati.
Anche nel settore residenziale, però, le cifre possono essere molto diverse perché spesso vengono confrontate forniture che non comprendono le stesse cose.
Un prezzo può riferirsi soltanto alla macchina. Un altro può comprendere unità interna, accumulo sanitario, Puffer, componenti idraulici, centralina, installazione e avviamento. Un terzo può includere anche la modifica dei terminali, l’adeguamento elettrico e la riorganizzazione della centrale termica.
Alcuni ordini di grandezza nel settore residenziale
La tabella seguente non è un listino. Serve a distinguere il prezzo della sola macchina dal costo del sistema realmente installato.
| Tipo di fornitura o intervento | Ordine di grandezza indicativo | Che cosa bisogna verificare |
|---|---|---|
| Sola pompa di calore aria-acqua | 5.000–10.000 € | Unità interna, centralina, accumuli, accessori e installazione possono essere esclusi. |
| Impianto aria-acqua residenziale completo | 15.000–25.000 € | Riscaldamento, acqua calda sanitaria, componenti idraulici, regolazione, posa e avviamento. |
| Ristrutturazione impiantistica complessa | 25.000–35.000 € e oltre | Modifica dei terminali, circuiti, centrale termica, impianto elettrico e opere accessorie. |
| Impianto geotermico residenziale | Da circa 25.000–30.000 € in su | Pompa di calore, sonde, perforazioni o collettori orizzontali, progettazione e opere esterne. |
Questi valori riguardano le configurazioni residenziali più comuni. Per grandi casali, alberghi, strutture ricettive, condomìni e aziende non utilizzerei una fascia generica: bisogna definire potenze, contemporaneità dei carichi, produzione di acqua calda sanitaria, ridondanza dei generatori, accumuli e opere necessarie.
Il prezzo della macchina non è il costo dell’impianto
La pompa di calore è il generatore attorno al quale deve essere costruito il sistema.
Oltre alla macchina possono essere necessari:
- accumulo per l’acqua calda sanitaria;
- Puffer;
- valvole deviatrici e miscelatrici;
- circolatori;
- filtri e separatori di impurità;
- vasi di espansione e dispositivi di sicurezza;
- sonde e centraline;
- collegamenti idraulici ed elettrici;
- scarico dell’acqua prodotta durante gli sbrinamenti;
- lavaggio e trattamento dell’impianto esistente;
- smontaggio e smaltimento del vecchio generatore;
- avviamento, regolazione e collaudo.
In alcuni edifici bisogna inoltre modificare la distribuzione, sostituire parte dei terminali, aumentare la potenza elettrica disponibile oppure trovare una posizione acusticamente corretta per l’unità esterna.
Per questo il prezzo trovato online per una pompa di calore da 8, 10 o 12 kW non dice quanto costerà realmente l’intervento.
La potenza incide, ma non basta confrontare il prezzo al kW
Una pompa di calore più potente costa generalmente più di una macchina più piccola, ma l’aumento non è perfettamente proporzionale.
Molti componenti possono avere un costo simile anche cambiando la potenza:
- centralina;
- accumulo sanitario;
- Puffer;
- valvole;
- collegamenti;
- progettazione;
- trasporto;
- messa in servizio.
Il prezzo espresso in euro per kW può quindi offrire soltanto un orientamento molto approssimativo.
Soprattutto, non conviene scegliere una macchina più potente soltanto perché la differenza economica sembra contenuta. Una pompa di calore sovradimensionata può modulare male, accendersi e spegnersi frequentemente e richiedere accumuli più grandi per limitare un problema creato dalla scelta iniziale.
Il corretto dimensionamento può ridurre il costo d’acquisto e, contemporaneamente, migliorare il funzionamento dell’impianto.
Due pompe di calore della stessa potenza possono avere prezzi molto diversi
Due macchine da 10 kW possono differire molto per:
- potenza disponibile alle basse temperature;
- COP e SCOP;
- capacità di modulazione;
- rumorosità e gestione degli sbrinamenti;
- temperatura massima dell’acqua;
- qualità costruttiva, assistenza e regolazione.
Una pompa di calore meno costosa può essere una scelta corretta se possiede tutte le caratteristiche necessarie per quell’edificio. Diventa invece costosa nel tempo se consuma di più, produce troppo rumore o lavora male nelle condizioni invernali reali.
I calcoli e i confronti economici presenti in questa guida si riferiscono a una pompa di calore di buona qualità, con SCOP elevato, correttamente dimensionata e inserita in un impianto capace di farla lavorare nelle condizioni previste.
La centralina può cambiare il costo reale della proposta
Il prezzo della macchina non comprende sempre la stessa dotazione di regolazione.
Alcune pompe di calore gestiscono già riscaldamento, raffrescamento, acqua calda sanitaria, regolazione climatica, più circuiti, Puffer, fotovoltaico ed eventuali generatori integrativi. Altre richiedono moduli, sonde e regolatori aggiuntivi.
Una macchina inizialmente meno costosa può quindi raggiungere o superare il prezzo di un prodotto più completo.
Nel preventivo bisogna confrontare il costo della regolazione necessaria all’intero impianto, non soltanto quello della centralina di base.
In una nuova costruzione e in una ristrutturazione il costo cambia
In una nuova costruzione l’impianto può essere progettato fin dall’inizio attorno alla pompa di calore.
Tubazioni, spazi tecnici, terminali, accumuli e impianto elettrico vengono realizzati in modo coordinato. Questo permette spesso di evitare componenti e lavorazioni necessari soltanto per adattarsi a una situazione esistente.
In una ristrutturazione bisogna invece comprendere che cosa può essere mantenuto e che cosa deve essere modificato.
Possono essere necessari:
- lavaggio dell’impianto;
- sostituzione di tubazioni sottodimensionate;
- modifica o ampliamento dei radiatori;
- inserimento di ventilconvettori;
- nuova linea elettrica;
- aumento della potenza disponibile;
- riorganizzazione delle zone;
- adeguamento della centrale termica;
- rimozione dell’allacciamento al gas.
Il costo maggiore non dipende quindi sempre da una pompa di calore più cara. Può derivare dal lavoro necessario per permetterle di funzionare correttamente nell’edificio esistente.
Un preventivo molto basso può essere semplicemente incompleto
Quando due proposte differiscono di migliaia di euro, bisogna prima verificare che comprendano le stesse forniture e lavorazioni.
Un’offerta più bassa può escludere accumuli, adeguamenti elettrici, opere murarie, avviamento o regolazione finale. Una proposta più costosa può invece contenere potenze e componenti non realmente necessari.
La differenza di prezzo deve poter essere spiegata tecnicamente, voce per voce.
Installazione e messa in servizio fanno parte del valore
Una macchina di qualità installata male può ottenere risultati peggiori di un prodotto meno costoso inserito correttamente nell’impianto.
Nel prezzo devono essere considerate anche:
- qualità dei collegamenti;
- coibentazione delle tubazioni;
- supporti antivibranti;
- corretta gestione dell’acqua di sbrinamento;
- bilanciamento delle portate;
- posizione delle sonde;
- impostazione della curva climatica;
- verifica delle accensioni;
- controllo delle resistenze elettriche;
- spiegazione del funzionamento al proprietario.
La messa in servizio non dovrebbe limitarsi ad accendere la macchina e verificare che produca acqua calda.
Una pompa di calore deve essere osservata nelle prime fasi di funzionamento e regolata in relazione all’edificio. Questa attività richiede tempo e competenza, ma può incidere per molti anni su consumi, comfort e durata del compressore.
Il prezzo va confrontato prima degli incentivi
Gli incentivi possono ridurre la spesa sostenuta, ma il confronto tra due proposte deve partire dal costo complessivo prima del contributo, verificando componenti, lavorazioni, esclusioni, importo realmente ottenibile e tempi di erogazione.
Con il Conto Termico 3.0, anche le prestazioni stagionali certificate della pompa di calore possono influire sull’incentivo riconosciuto. Questo può ridurre la differenza economica tra una macchina di qualità elevata e un prodotto inizialmente meno costoso.
L’incentivo deve migliorare la convenienza di un progetto corretto, non decidere quale macchina installare.
Il costo più importante è quello dell’intero ciclo di vita
La pompa di calore viene acquistata una volta, ma utilizza energia per molti anni.
Nel confronto economico devono quindi entrare:
- investimento iniziale;
- consumo elettrico stagionale;
- manutenzione e assistenza;
- durata prevista;
- costi fissi eliminati chiudendo il gas;
- comfort e funzioni ottenute.
Una macchina più efficiente e meglio regolata può costare di più all’inizio, ma recuperare parte della differenza attraverso consumi inferiori e una maggiore durata.
Allo stesso modo, non ha senso acquistare il prodotto più costoso se il progetto non permette di sfruttarne le caratteristiche.
Il prezzo giusto non è quello della pompa di calore più economica. È il costo del sistema capace di ottenere il risultato richiesto, consumare correttamente e continuare a funzionare bene nel tempo.
Come scegliere la pompa di calore giusta
La pompa di calore giusta non è necessariamente quella con il COP più alto, la potenza maggiore o il marchio più conosciuto.
È quella che riesce a lavorare correttamente nelle condizioni reali dell’edificio, mantenendo potenza, rendimento, silenziosità e stabilità durante l’intera stagione.
Dopo tutto ciò che abbiamo analizzato nei capitoli precedenti, la scelta dovrebbe seguire un ordine preciso.
La sequenza corretta di scelta
- Calcolare il fabbisogno dell’edificio
Non soltanto nella giornata più fredda, ma durante le diverse condizioni della stagione.
- Stabilire la temperatura di mandata realmente necessaria
Verificando radiatori, pavimento radiante, ventilconvettori e ore di funzionamento.
- Scegliere la sorgente più adatta
Valutando aria esterna, terreno o acqua di falda in relazione al luogo, agli spazi disponibili e all’investimento previsto.
- Controllare la potenza resa nelle condizioni di progetto
Utilizzando contemporaneamente temperatura esterna e temperatura dell’acqua. La potenza nominale riportata nel nome del modello non è sufficiente.
- Verificare la potenza minima e la modulazione
Per evitare una macchina capace di coprire il giorno più freddo ma costretta ad accendersi e spegnersi durante il resto dell’anno.
- Definire prima lo schema dell’impianto
Comprendendo portate, Puffer, accumulo sanitario, zone, circolatori e regolazione.
- Valutare rumorosità e collocazione
Considerando non soltanto i dati di catalogo, ma il punto nel quale l’unità esterna verrà realmente installata.
- Confrontare il sistema completo
Includendo centralina, accessori, installazione, assistenza, incentivo ottenibile e consumo previsto nel tempo.
Confrontare sempre dati equivalenti
Due pompe di calore possono essere confrontate soltanto quando i valori dichiarati si riferiscono alle stesse condizioni.
Potenza, assorbimento elettrico e COP devono essere letti alla medesima temperatura esterna e alla stessa temperatura di mandata. Anche rumorosità, SCOP e campo di modulazione devono essere verificati utilizzando criteri omogenei.
Confrontare un dato favorevole di una macchina con un valore ottenuto in condizioni più impegnative da un’altra porta facilmente a scegliere il prodotto sbagliato.
Non esiste la pompa di calore migliore in assoluto
Una macchina eccellente può essere inadatta se:
- non conserva potenza alla temperatura di progetto;
- non riesce a modulare abbastanza;
- richiede portate incompatibili con l’impianto;
- diventa troppo rumorosa nel punto disponibile;
- necessita di centraline e accessori non considerati;
- lavora per gran parte dell’anno a temperature troppo elevate.
La scelta corretta non è la macchina migliore in assoluto, ma quella che possiede le caratteristiche necessarie per lavorare bene in quello specifico edificio.
Gli errori da evitare prima di acquistare una pompa di calore
Molti problemi attribuiti alla pompa di calore non dipendono dalla tecnologia, ma dalle decisioni prese prima dell’acquisto. Una macchina può essere ottima e funzionare male perché è stata dimensionata, collegata o regolata senza considerare l’intero edificio.
Gli errori più frequenti nascono quando si sceglie prima il prodotto e si cerca soltanto dopo di adattargli l’impianto.
Acquistare la macchina prima di avere definito il progetto
La pompa di calore dovrebbe essere scelta soltanto dopo aver verificato fabbisogno, terminali, temperature, portate, accumuli e funzioni richieste. Partire dal prodotto significa spesso costringere l’impianto ad adattarsi a una decisione già presa.
Dimensionarla sulla potenza della vecchia caldaia o sui metri quadrati
La caldaia esistente è spesso molto più potente del necessario. Anche i metri quadrati, da soli, non descrivono dispersioni, clima, utilizzo e caratteristiche dell’involucro. La potenza deve derivare dal fabbisogno reale dell’edificio.
Guardare soltanto la potenza nominale e il COP più favorevole
I valori dichiarati a 7 °C esterni e con acqua a 35 °C non raccontano come funzionerà la macchina durante le condizioni più impegnative. Potenza resa, assorbimento e COP devono essere verificati alle temperature reali del progetto.
Non verificare la temperatura di mandata realmente necessaria
Scegliere una pompa di calore senza sapere a quale temperatura radiatori, pavimento o ventilconvettori riescono a riscaldare l’edificio rende poco attendibile qualsiasi previsione di potenza, rendimento e consumo.
Aggiungere potenza per sentirsi più sicuri
Una macchina sovradimensionata può coprire facilmente il giorno più freddo, ma modulare male durante gran parte della stagione. Il risultato può essere una sequenza di accensioni e spegnimenti, con minore efficienza e maggiori sollecitazioni sul compressore.
Confrontare soltanto il prezzo della macchina
Un’offerta apparentemente conveniente può escludere accumuli, centraline, moduli di espansione, componenti idraulici, avviamento e regolazione. Il confronto deve riguardare il sistema completo e tutte le funzioni che dovrà realmente gestire.
Considerare schema idraulico e accumuli come dettagli successivi
Portate, volume d’acqua, Puffer, zone e produzione sanitaria incidono direttamente sul funzionamento della macchina. Uno schema inadatto può compromettere anche una pompa di calore correttamente dimensionata.
Ignorare rumorosità e posizione dell’unità esterna
Il dato acustico di catalogo non basta. Pareti riflettenti, cortili stretti, camere da letto, abitazioni confinanti e trasmissione delle vibrazioni possono trasformare una macchina silenziosa in una fonte di disturbo.
Pensare che fotovoltaico e incentivi correggano un progetto sbagliato
L’energia autoprodotta e i contributi possono migliorare il risultato economico, ma non rendono efficiente una macchina scelta male. Prima si riducono fabbisogno e consumi; successivamente si valorizzano fotovoltaico e incentivi.
Accettare un sistema ibrido senza sapere quale generatore lavorerà veramente
Una piccola pompa di calore abbinata a una caldaia potente può lasciare al gas quasi tutto il riscaldamento. Prima dell’acquisto bisogna conoscere quanta energia produrrà ciascun generatore e quando avverrà la commutazione.
Conclusioni: non si sceglie una macchina, si progetta un sistema
Alla fine, chi cerca una pompa di calore non sta cercando una macchina. Sta cercando una casa calda d’inverno, fresca d’estate, con consumi ragionevoli e un impianto che non richieda continue correzioni.
Per ottenere questo risultato non basta scegliere un buon prodotto. Serve che edificio, terminali, temperature, accumuli e regolazione lavorino nella stessa direzione.
La pompa di calore giusta non è quella che impressiona di più sulla scheda tecnica. È quella che, una volta installata, permette quasi di dimenticarsi della sua presenza.
Domande frequenti sulle pompe di calore
Le risposte alle domande più importanti da chiarire prima di scegliere la macchina e definire l’impianto.
Come si capisce se un edificio può essere riscaldato soltanto con la pompa di calore, eliminando completamente la caldaia?
Bisogna calcolare il fabbisogno dell’edificio, verificare la potenza richiesta nelle giornate più fredde e stabilire a quale temperatura possono lavorare i terminali. Se la pompa di calore conserva potenza sufficiente nelle condizioni di progetto e l’impianto può funzionare a temperature compatibili, normalmente è possibile eliminare completamente la caldaia.
Come si dimensiona correttamente una pompa di calore e perché non bastano i metri quadrati o la potenza della vecchia caldaia?
I metri quadrati non descrivono isolamento, dispersioni, clima, volume, utilizzo e temperatura interna desiderata. Anche la vecchia caldaia è spesso molto sovradimensionata. Il dimensionamento deve partire dal fabbisogno reale dell’edificio e verificare il comportamento della macchina durante l’intera stagione.
Quale potenza deve garantire la pompa di calore alla temperatura esterna di progetto e alla reale temperatura di mandata?
La potenza deve essere verificata nelle condizioni effettive del progetto, incrociando temperatura esterna e temperatura dell’acqua. Il numero riportato nel nome commerciale della macchina non è sufficiente: servono le tabelle o le curve complete del produttore, insieme alla potenza elettrica assorbita e al COP ottenuto nello stesso punto.
Come verificare se i radiatori esistenti possono lavorare bene con una pompa di calore?
Bisogna verificare la potenza resa dai radiatori alle diverse temperature e confrontarla con il fabbisogno dei locali. Spesso, aumentando le ore di funzionamento e utilizzando una buona regolazione climatica, è possibile lavorare con temperature inferiori a 55 °C, talvolta anche sensibilmente più basse.
Quali dati bisogna confrontare tra due pompe di calore oltre al COP e allo SCOP dichiarati?
Bisogna confrontare potenza disponibile alle basse temperature, assorbimento elettrico, campo di modulazione, gestione degli sbrinamenti, rumorosità, temperatura massima dell’acqua e dotazione della centralina. Tutti i valori devono riferirsi alle stesse condizioni di prova.
Perché la potenza minima e la capacità di modulazione sono importanti quanto la potenza massima?
La potenza massima serve nei giorni più freddi, mentre per gran parte della stagione l’edificio richiede molto meno calore. Se la macchina non riesce a ridurre sufficientemente la propria potenza, sarà costretta ad accendersi e spegnersi frequentemente, con minore efficienza e maggiori sollecitazioni sul compressore.
Quando serve il Puffer in un impianto a pompa di calore e quando si può evitare?
Il Puffer può servire per garantire il volume minimo d’acqua, aumentare l’inerzia, sostenere gli sbrinamenti, gestire zone che si chiudono oppure separare circuiti con portate differenti. Può non essere necessario negli impianti semplici, quando volume e portata sono già sufficienti, i terminali rimangono disponibili e il collegamento diretto è compatibile con la macchina. La scelta dipende dallo schema idraulico reale, non da una regola automatica.
Quanto consuma una pompa di calore in un anno e come si calcola il consumo reale?
Il consumo annuale si stima partendo dall’energia richiesta dall’edificio e dividendola per il rendimento stagionale realistico dell’impianto. Bisogna considerare anche temperatura di mandata, clima, acqua calda sanitaria, sbrinamenti, circolatori, regolazione e abitudini di utilizzo.
Quanto incidono lo schema idraulico e la regolazione climatica sui consumi reali della pompa di calore?
Incidono in modo determinante. Portate scorrette, miscelazioni, zone che si chiudono e temperature di mandata troppo alte possono ridurre il rendimento anche di una buona macchina. La regolazione climatica permette invece di produrre soltanto la temperatura necessaria nelle diverse condizioni esterne.
Come si dimensionano correttamente la produzione e l’accumulo dell’acqua calda sanitaria?
Non basta contare il numero degli occupanti. Bisogna conoscere quantità e contemporaneità dei prelievi, presenza di vasche o ricircolo, temperatura di accumulo, potenza disponibile durante la ricarica e tempo necessario per ripristinare l’energia utilizzata.
Quando una pompa di calore ibrida ha veramente senso e quando lascia alla caldaia quasi tutto il lavoro?
L’ibrido ha senso quando ogni generatore possiede un ruolo preciso, per esempio per coprire picchi limitati, grandi richieste sanitarie o garantire continuità di servizio. Se la pompa di calore è troppo piccola e la caldaia interviene per gran parte dell’inverno, il sistema rimane principalmente alimentato a gas.
La pompa di calore conviene anche senza fotovoltaico e come si dimensiona correttamente l’impianto fotovoltaico abbinato?
Una pompa di calore ben progettata può essere conveniente anche senza fotovoltaico. Il fotovoltaico deve essere dimensionato sul profilo complessivo dei consumi dell’edificio, non soltanto sulla potenza della pompa di calore, considerando produzione stagionale e possibilità reale di autoconsumo.
Come si valuta la rumorosità reale dell’unità esterna prima di scegliere il punto di installazione?
Bisogna confrontare la potenza sonora, verificare la pressione sonora alla stessa distanza e considerare il funzionamento alla massima potenza. Devono essere valutati anche pareti riflettenti, camere da letto, abitazioni confinanti, ricircolo dell’aria e possibile trasmissione delle vibrazioni alla struttura.
Come deve essere fatto un preventivo completo per una pompa di calore?
Un preventivo serio non può limitarsi a indicare “pompa di calore da 10 kW con modulo ACS”. Deve riportare almeno il fabbisogno considerato, le condizioni alle quali la macchina fornisce la potenza richiesta, lo schema dell’impianto, accumuli, centralina, accessori, logica di regolazione, opere comprese ed esclusioni. Senza una configurazione impiantistica non è possibile capire come la macchina verrà collegata, quale generatore coprirà realmente il carico e se il prezzo comprende tutto ciò che serve.
