Sempre più case dispongono oggi di sistemi di raffreddamento e, quando si parla di sistemi di raffreddamento, la maggior parte delle persone pensa alla climatizzazione. Tuttavia, non molti sanno che le pompe di calore geotermiche possono essere utilizzate anche per raffreddare gli spazi abitativi, rappresentando un'opzione ecologica e a risparmio energetico. Scopriamo di più su vantaggi e consumi di un climatizzatore a pompa di calore!
Gli ultimi anni hanno dimostrato che i cambiamenti climatici stanno contribuendo a generare ondate di calore di lunga durata, anche in Italia. Queste temperature in aumento si stanno spostando anche all'interno, impedendo alle persone di sentirsi a proprio agio nella propria casa. Se le temperature esterne rimangono costantemente tra i 25 e i 40 gradi Celsius in estate, gli edifici non sono più in grado di smaltire autonomamente questo calore interno, ma questo non significa necessariamente che abbiano bisogno di un impianto di climatizzazione.
I vantaggi di usare un condizionatore a pompa di calore per raffreddare casa
Le pompe di calore stanno diventando una scelta sempre più popolare per soluzioni di riscaldamento sostenibili nei nuovi edifici. Molti proprietari di case stanno addirittura optando per queste pompe di calore per la ristrutturazione di vecchi impianti di riscaldamento. Tuttavia, i sistemi di riscaldamento a pompa di calore possono essere utilizzati non solo per il riscaldamento degli ambienti e dell'acqua, ma anche per rinfrescare gli edifici nelle giornate estive torride.
Raffrescamento della casa con climatizzatore a pompa di calore: come funziona
Esistono due diversi metodi di utilizzo delle pompe di calore per il raffreddamento degli edifici: il raffrescamento passivo (detto anche raffreddamento diretto) o il raffrescamento attivo (che inverte il processo di riscaldamento).
Raffrescamento passivo
Durante il raffreddamento passivo, quasi nessuna energia supplementare viene consumata perché il serbatoio di raffreddamento nel terreno viene utilizzato per ridurre la temperatura ambiente di circa tre gradi Celsius. L'acqua fredda viene spostata intorno al circuito di riscaldamento o raffreddamento tramite la pompa di circolazione. Ciò significa che il raffreddamento passivo risparmia particolarmente bene l'energia, poiché la pompa di calore stessa non è in funzione, ma solo la pompa di circolazione e il sistema di controllo. Questo tipo di raffrescamento viene utilizzato esclusivamente nei casi in cui le pompe di calore sono installate nel terreno.
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Raffrescamento attivo
Durante il raffreddamento attivo, la funzione della pompa di calore viene semplicemente invertita per generare acqua fredda per la regolazione della temperatura ambiente. Ciò significa che la pompa di calore è in funzione, estraendo energia dall'edificio e immettendola nell'ambiente. Rispetto al raffreddamento passivo, il raffreddamento attivo ha una maggiore capacità di raffreddamento.
Raffreddamento a pavimento, raffreddamento a parete, raffrescamento a soffitto o ventilconvettore
A differenza dei sistemi di climatizzazione convenzionali, l'impianto di riscaldamento ad acqua calda esistente può essere utilizzato se una casa viene raffreddata con una pompa di calore. Ciò significa che il riscaldamento a pavimento o a parete può funzionare come raffreddamento a pavimento o a parete durante l'estate, senza costi di investimento aggiuntivi.
Il raffreddamento a parete garantisce un clima interno particolarmente piacevole e non emette rumore. Inoltre, il raffreddamento a parete è più efficace del raffreddamento a pavimento. Un sistema di raffreddamento a soffitto offre un effetto di raffreddamento ancora migliore, in quanto fornisce un flusso d'aria delicata che si distribuisce bene in tutto l'ambiente.
I radiatori tradizionali non possono essere utilizzati con una pompa di calore per raffreddare gli ambienti.
Un altro modo per ridurre la temperatura ambiente è l'utilizzo di ventilconvettori. Il design dello scambiatore di calore è semplificato dall'uso di pale e di un ventilatore integrato. L'utilizzo di ventilconvettori consente di ottenere un effetto di raffreddamento eccezionalmente potente e, soprattutto, ad azione rapida. Oltre alla riduzione della temperatura, l'aria può essere deumidificata. La potenza di raffreddamento individuale dipende dalle dimensioni dell'unità. Un ventilconvettore può essere utilizzato solo per il raffreddamento attivo.
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Vantaggi e consumi di un condizionatore con pompa di calore
Raffreddamento a risparmio energetico ed ecologico
A livello di consumi, le pompe di calore funzionano in modo efficiente e richiedono solo una piccola quantità di elettricità per produrre energia di raffreddamento.
Consulenza di esperti
Molti modelli di pompe di calore sono già dotati della funzione CleverCool necessaria in casi come questi. Anche se avete già letto molto sulle pompe di calore su Internet, vi consigliamo di consultare il parere professionale di un esperto. La scelta di una pompa di calore può avere un impatto significativo su entrambi.
Pompe di calore aria-aria e aria-acqua
Le pompe di calore aria-aria sono composte da un'unità esterna e una o più unità interne collegate da tubazioni in rame nelle quali scorre un gas refrigerante. Il principio alla base del suo funzionamento è il trasferimento del calore assorbito o disperso da e verso l'ambiente esterno. Il punto di forza delle pompe di calore aria-aria è la loro efficienza in condizionamento e l’elevata capacità di deumidificare gli ambienti.
Le pompe di calore aria-acqua rappresentano una soluzione alternativa nella quale l'unità esterna è collegata ai terminali interni mediante tubazioni che trasportano acqua calda o fredda per il riscaldamento o il raffrescamento degli ambienti. Le pompe di calore aria-acqua sono una scelta eccellente per chi desidera riscaldare la casa in modo green.
La decisione tra pompe di calore aria-aria e aria-acqua dipende da diversi fattori, tra cui il clima, la struttura e l’isolamento dell'edificio, le esigenze di comfort, le normative locali e la necessità di manutenzione periodica. Le pompe di calore aria-aria richiedono tubazioni per gas refrigerante tra le unità, il che può essere più complesso in quanto richiede la stesura delle tubazioni all’interno dell’abitazione e l’installazione di terminali interni dedicati.
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Condizionatore ad acqua senza unità esterna
L’impianto di condizionamento ad acqua è un sistema ancora poco conosciuto ma dalle grandi potenzialità. Funziona come un normale climatizzatore fisso ma con il plus di non avere l’unità esterna che rovina la vista della facciata. Questo tipo di soluzione per la climatizzazione è facile da installare e presenta inoltre benefici in termini di riduzione dei consumi e di comfort. Scopriamo i vantaggi offerti da un impianto di condizionamento ad acqua in una abitazione o un ufficio.
Assenza di unità esterna
Il grande vantaggio di realizzare un impianto di condizionamento ad acqua è l’assenza dell’antiestetica unità esterna. I condizionatori vengono collegati alla rete idrica presente nell’edificio e usano l’acqua come fonte energetica alla base dello scambio termico necessario a produrre l’aria condizionata. Non richiedono quindi fori sulla parete, di montare i motori sulle facciate degli edifici e di realizzare opere murarie.
L’installazione di un impianto di condizionamento ad acqua è possibile praticamente in ogni contesto architettonico: nei centri storici, nei condomini, nei moderni palazzi di design, nei luoghi sottoposti a vincoli paesaggistici. I condizionatori, inoltre, sono progettati per essere collocati all’interno e hanno dimensioni contenute. Possono essere sistemati in un locale di servizio, in una lavanderia, in un sottoscala e perfino sotto al lavello del bagno.
Efficienza dell'impianto aria condizionata ad acqua
L’impianto per l’aria condizionata ad acqua ha un elevato rendimento. Lo scambio termico acqua aria è più efficiente rispetto allo scambio aria aria che viene impiegato dagli altri tipi di condizionatori per raffreddare il dispositivo motocondensante. Il principio di funzionamento è lo stesso. Entrambi i sistemi usano un gas refrigerante che viene compresso e fatto passare attraverso una serpentina per prelevare il calore da una stanza.
Quello che cambia è il modo in cui viene scaricato il calore che è stato sottratto all’ambiente interno. Può essere ceduto all’esterno raffreddando il motore del climatizzatore attraverso l’aria oppure, in un impianto per aria condizionata ad acqua, viene dissipato attraverso l’acqua che poi viene rilasciata nella rete idrica. L’acqua è in grado di trasferire meglio l’energia termica e il secondo sistema funziona con prestazioni migliori.
Silenziosità
L’impianto di condizionamento ad acqua è una installazione fissa. Non è un dispositivo mobile che spesso presenta il fastidio di marcati livelli di rumorosità. Questo tipo di prodotto è progettato per essere collocato dentro alle abitazioni: non ha il motore esterno e l’unità motocondensante è inserita all’interno di una stanza.
In fase di costruzione vengono adottati speciali accorgimenti per rendere il climatizzatore particolarmente silenzioso, ad esempio l’adozione di pannelli realizzati con materiale fonoassorbente che lo rendono isolato acusticamente. A livello sonoro sono paragonabili a un frigorifero domestico. Inoltre gli innovativi compressori con tecnologia DC Inverter assicurano all’impianto di condizionamento ad acqua un rendimento silenzioso e bassi consumi.
Svantaggi delle pompe di calore
Uno dei problemi principali di una pompa di calore è il costo iniziale di acquisto e installazione. Il prezzo varia a seconda di dove vivi e del tipo di pompa di calore che scegli. Sebbene molti paesi offrano sussidi per aiutare a bilanciare i costi iniziali, le pompe di calore possono richiedere un notevole investimento iniziale, superiore a quello di un sistema a gas.
L'installazione di una pompa di calore richiede una maggiore pianificazione rispetto all'installazione di una caldaia a combustibile fossile. È importante definire le giuste dimensioni dell'unità, per garantire che il riscaldamento funzioni in modo efficiente ed economico.
Tipologie di pompe di calore
A seconda della fonte energetica da cui prelevano energia, le pompe di calore si differenziano in 4 tipologie: aria-aria, aria-acqua, acqua-acqua, terra-acqua.
Le pompe di calore ad acqua funzionano prelevando calore da un’altra risorsa: l’acqua, che viene ricavata principalmente da falda o pozzi sotterranei. Per quanto riguarda il fluido utilizzato per il riscaldamento, a cui si trasferisce il calore generato, possono essere utilizzate sia aria, che acqua.
Il riscaldamento con pompa di calore geotermica, invece, si serve del calore del terreno. Di contro, sono più complesse, perché utilizzano tubazioni (sonde geotermiche) da installare perforando il terreno, che possono essere disposte in verticale, andando molto in profondità, o in orizzontale.
Meno comuni delle altre tipologie, le pompe di calore ad assorbimento, che sfruttano una sorgente termica a bassa temperatura e una ad alta temperatura, non utilizzano un compressore meccanico.
Pompa di calore acqua-acqua: come funziona
La pompa di calore acqua-acqua, in particolare, utilizza l’acqua di falda come fonte da cui viene prelevata l’energia. Questa soluzione tecnologica utilizza, quindi, l’acqua sia come sorgente fredda che come sorgente calda. Nelle più comuni soluzioni lo scambio termico all’evaporatore e al condensatore avviene tramite uno scambiatore tra un fluido refrigerante e, rispettivamente, l’acqua della falda e dell’impianto.
In primis bisogna sottolineare che queste tipologie di macchine possono lavorare a circuito aperto o a circuito chiuso. Nel primo caso l’acqua è estratta dalla falda per poi essere reimmessa nella falda stessa o smaltita in corpo idrico superficiale mentre, nel secondo caso, si sfrutta una sonda per interagire energeticamente con la falda acquifera.
Volendo schematizzare cosa accade in una comune configurazione a circuito aperto per riscaldamento:
- l’acqua viene prelevata da una fonte, come un fiume o un lago sotterraneo, attraverso un apposito pozzo di estrazione e convogliata alla pompa di calore;
- l’acqua prelevata dalla falda ha, genericamente, una temperatura inferiore a quella necessaria per il riscaldamento dell’edificio. Per questo motivo, all’interno della pompa di calore, l’acqua passa attraverso uno scambiatore di calore, trasferendo l’energia termica ad un fluido refrigerante. Ceduta l’energia e raffreddatasi l’acqua viene, a questo punto, reimmessa nella falda attraverso pozzi di assorbimento o iniezione;
- il refrigerante, assorbendo il calore, si trasforma in vapore. Questo vapore viene quindi compresso, aumentando di temperatura. Sebbene il processo di compressione richieda energia elettrica, l’efficienza complessiva della pompa di calore acqua-acqua permette di generare molta più energia termica rispetto all’energia elettrica consumata;
- il refrigerante, compresso ad alta temperatura, passa attraverso un secondo scambiatore di calore, dove cede l’energia termica assorbita in precedenza, riscaldando l’acqua che circola negli impianti di riscaldamento;
- dopo aver ceduto energia, il fluido refrigerante abbassa la propria temperatura, riportandosi allo stato liquido originario.
Il ciclo appena descritto si ripete fintanto che la pompa di calore rimane attiva e funzionante.
Componenti di un sistema acqua-acqua
Un sistema acqua-acqua è formato dalle seguenti componenti:
- pozzi di estrazione e assorbimento;
- scambiatori;
- pompa;
- valvola di espansione;
- evaporatore;
- compressore elettrico;
- condensatore.
Installazione di una pompa di calore acqua-acqua
Installare una pompa di calore acqua-acqua richiede un’attenta analisi preliminare sull’edificio, sull’acqua di falda disponibile e sui possibili impatti ambientali a lungo termine. A mero titolo di esempio, flussi e temperature dell’acqua potrebbero risultare non idonei per lo sfruttamento, oppure, la sorgente acquifera potrebbe essere non sufficientemente “pura” per un utilizzo sicuro. Generalmente si affronta quest’ultima problematica con l’impiego di una sonda a circuito chiuso, in cui circola una miscela di acqua-glicole che interagisce solo energeticamente con la falda.
Successivamente, se non esiste già, è fondamentale progettare e realizzare correttamente il pozzo.
Esistono due tipologie di pozzi:
- quello di aspirazione, chiamato anche pozzo di estrazione che ha il compito di prelevare l’acqua di falda e portarla in superficie, dove viene diretta verso lo scambiatore di calore della pompa di calore acqua-acqua;
- quello di assorbimento, chiamato anche pozzo di drenaggio: che reintroduce l’acqua di falda raffreddata nel sottosuolo, permettendole di reintegrarsi nel ciclo naturale dell’acqua.
Requisiti per l’esercizio di una pompa di calore acqua-acqua
Autorizzazioni necessarie
Per riscaldare e produrre acqua calda utilizzando una pompa di calore acqua-acqua è necessario ottenere l’autorizzazione dalle autorità competenti per le risorse idriche. Questo permesso varia a seconda della Regione e richiede un esame dettagliato del sistema idraulico.
Qualità dell’acqua di falda
Per garantire il corretto funzionamento dell’impianto, è essenziale eseguire analisi dell’acqua per rilevare la presenza di sostanze che potrebbero danneggiare il sistema nel tempo, come sali o altri contaminanti.
Quindi, è fondamentale determinare la qualità della falda acquifera per verificare la sua idoneità all’uso in un sistema acqua-acqua. Il flusso d’acqua deve essere costante e privo di significative fluttuazioni stagionali per garantire un rendimento ottimale della pompa di calore durante tutto l’anno.
È preferibile che la temperatura della falda rimanga stabile, riducendo così il fabbisogno energetico per il riscaldamento. La profondità della falda dovrebbe variare tra i 3 e i 30 metri sotto la superficie, evitando perforazioni troppo complesse.
Inoltre, il volume d’acqua deve essere sufficiente a soddisfare le esigenze dell’impianto, accessibile in modo sicuro e conforme alle normative locali.
Considerazioni sull’edificio
Prima di mettere in esercizio una pompa di calore acqua-acqua, è importante valutare anche l’edificio in cui sarà installata. Per un funzionamento efficiente della pompa di calore, è essenziale che l’edificio sia ben isolato termicamente e che la temperatura di mandata dell’impianto di riscaldamento sia la più bassa possibile, la soluzione ideale vede l’accoppiamento di una pompa acqua-acqua con un impianto a pannelli radianti.
Vantaggi e svantaggi derivanti dall’installazione di una pompa di calore acqua-acqua
Le pompe di calore acqua-acqua presentano numerosi vantaggi, ma anche alcuni svantaggi.
Vantaggi
- Risparmio energetico: utilizzano l’energia termica dell’acqua sotterranea o di un lago, una fonte gratuita e rinnovabile con costi operativi ridotti.
- Elevata efficienza: hanno un alto coefficiente di prestazione (COP), producendo più energia termica di quella elettrica consumata.
- Raffrescamento estivo: possono essere impiegate anche per raffrescare ambienti durante l’estate, rendendole versatili sia per il riscaldamento che per il raffrescamento.
- Lunga durata: con una vita media di circa 25 anni, queste pompe sono robuste e prive di parti soggette a usura meccanica.
Svantaggi
- Costi iniziali: l’installazione è costosa, soprattutto per gli scavi necessari per accedere all’acqua sotterranea.
- Requisiti specifici: necessitano della presenza di un corso d’acqua o di una falda acquifera nelle vicinanze, un requisito che può essere difficile da soddisfare in aree urbane.
- Manutenzione: richiedono manutenzione regolare per evitare problemi di intasamento degli scambiatori di calore, comportando costi aggiuntivi.
- Restrizioni normative: in alcune regioni, le autorità locali possono imporre restrizioni sull’uso di queste pompe a causa di potenziali impatti ambientali, limitando la possibilità di installazione.
COP di una pompa di calore acqua-acqua
Quando si considera l’installazione di una pompa di calore acqua-acqua, un fattore importante da valutare per capire se la pompa di calore scelta consumerà di più o meno rispetto ad un’altra è l’efficienza di funzionamento, espressa attraverso il Coefficiente di Prestazione (COP).
Il COP rappresenta il rapporto tra l’energia termica generata e l’energia elettrica assorbita. Indica la quantità di energia impiegata dalla macchina per ottenere una certa quantità di calore ed è presente all’interno della cosiddetta scheda tecnica.
Oltre al COP va considerato l’indice SCOP (coefficiente di prestazione stagionale) che valuta il funzionamento in base a diverse temperature dell’aria esterna ed indica il rapporto tra il fabbisogno annuo e il consumo elettrico annuo dedicato al riscaldamento.
L’indice SCOP può essere stimato da un progettista, utilizzando un software termotecnico in cui si mettono in correlazione i dati di progetto dell’abitazione, le condizioni climatiche della località di installazione e le prestazioni della pompa di calore alle diverse condizioni di esercizio.
Pompa di calore acqua-acqua: costi
Il costo di una pompa di calore acqua-acqua può variare considerevolmente a seconda di diversi fattori, inclusi le dimensioni dell’unità, la complessità dell’installazione e la disponibilità di una fonte d’acqua adatta. In generale, l’acquisto e l’installazione di una pompa di calore acqua-acqua possono risultare più costosi rispetto ai sistemi di riscaldamento convenzionali come le caldaie a gas, ma garantiscono un notevole risparmio in bolletta.
Tabella comparativa: Pompa di calore vs Condizionatore tradizionale
| Caratteristica | Pompa di Calore | Condizionatore Tradizionale |
|---|---|---|
| Funzioni | Riscaldamento e Raffrescamento | Principalmente Raffrescamento |
| Efficienza Energetica (COP) | Alto (COP > 4) | Inferiore |
| Costo Iniziale | Più Elevato | Inferiore |
| Installazione | Più Complessa | Più Semplice |
| Emissione | Basse Emissioni | N/A |