L’installazione di una pompa di calore come unico generatore del nostro impianto di riscaldamento si sta diffondendo sempre più, ma spesso tecnici conservatori con esperienza un po’ datata fanno ancora terrorismo psicologico spingendo per una caldaia a condensazione: la pompa di calore funziona sotto zero in inverno? Fino a che temperatura esterna conviene la pompa di calore?
Se pensate di usare la pompa di calore come unica fonte di riscaldamento ed avete qualche dubbio, questo articolo vi toglierà tutti i dubbi se la pompa di calore funziona sotto zero in inverno e scopriremo, numeri alla mano, fino a che temperatura esterna conviene la pompa di calore. Con un dimensionamento corretto, anche in presenza di temperatura minima esterna, possiamo stare certi di non rimanere mai al freddo!
Ci sono certamente alcuni punti attenzione che differenziano il funzionamento di una pompa di calore da quello di una caldaia di cui è meglio essere consapevoli per ottenere prestazioni e consumi ottimali durante le varie modalità di funzionamento (riscaldamento, raffrescamento, produzione di acqua calda sanitaria) ma la pompa di calore funziona sotto zero!
In linea generale l’efficienza ottimale di una pompa di calore in inverno dipende dalla combinazione dei fattori seguenti:
- temperatura esterna dell’aria
- temperatura di mandata nell’acqua verso il sistema di distribuzione del calore
- regime di carico, ovvero la potenza termica erogata effettivamente rispetto a quella massima possibile
Per scoprire se una pompa di calore funziona sotto zero in inverno analizziamo i dati, relativi a riscaldamento e produzione ACS, tratti dal manuale della mia pompa di calore Daikin HPSU Compact e delle più recente Daikin Altherma 3 R e Daikin Altherma 3 H HT.
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Prendiamo come esempio concreto la mia pompa di calore Daikin HPSU Compact, ma le considerazioni fatte sono del tutto generalizzabili a qualsiasi produttore o modello.
Grazie a questi dati comprenderemo come una pompa di calore funziona sotto zero in inverno grazie a:
- unità esterna con compressore
- resistenza elettrica integrativa interna
Ovviamente quando il funzionamento è integrato o garantito dalla resistenza elettrica interna il rendimento può abbassarsi molto: scopriremo anche fino a che temperatura esterna conviene la pompa di calore.
La temperatura esterna alla quale il compressore dell’unità esterna viene spento e resta attivo il solo il generatore integrativo è chiamata temperatura di cut-off della pompa di calore.
I dati reali ci dimostreranno chiaramente come la pompa di calore funziona sotto zero in inverno.
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Riscaldamento con pompa di calore e temperatura sotto zero
Daikin HPSU Compact
Dove:
- TA temperatura esterna dell’aria
- LWC temperatura di mandata dell’acqua verso l’impianto di riscaldamento
- B area di funzionamento mediante resistenza integrativa
- D area di funzionamento con compressore unità esterna (se set-point T mandata ≥ 25 ºC)
- E area di funzionamento mediante compressore unità esterna (se TA > -20 ºC) e resistenza integrativa in parallelo
Come vedete l’area in cui il riscaldamento è assicurato mediante il solo compressore, evidenziata in verde e giallo, copre temperature esterne davvero rigide per le nostre latitudini.
Nel caso di riscaldamento con la Daikin HPSU Compact la temperatura di cut-off della pompa di calore è di -20 ºC.
Daikin Altherma 3 R
Dove:
- funzionamento con resistenza integrativa
- funzionamento con compressore unità esterna (se set-point T mandata ≥ 25 ºC)
- funzionamento con compressore unità esterna (se TA > -25 ºC) e resistenza integrativa in parallelo
- funzionamento con compressore unità esterna (se set-point T mandata ≥ 55 ºC e salto termico = 10 ºC)
Nel caso di riscaldamento con la Daikin Altherma 3 R la temperatura di cut-off della pompa di calore è di -25 ºC.
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Daikin Altherma 3 H HT
Dove:
- funzionamento con resistenza integrativa
- funzionamento con compressore unità esterna (se set-point T mandata ≥ 20 ºC)
- funzionamento con compressore unità esterna (se set-point T mandata ≥ 55 ºC e salto termico = 10 ºC)
Nel caso di riscaldamento con la Daikin Altherma 3 H HT la temperatura di cut-off della pompa di calore è di -28 ºC.
Come si vede da questo diagramma l’unità esterna della Daikin Altherm 3 H HT è la più avanzata per lavorare con bassissime temperature esterne.
Produzione ACS con pompa di calore in inverno
Daikin HPSU Compact
Dove:
- TA è la temperatura esterna dell’aria
- TDHW è la temperatura di produzione dell’acqua calda sanitaria
- B e C area di funzionamento mediante resistenza integrativa
- E area di funzionamento mediante compressore unità esterna (se TA > -20 ºC) e resistenza integrativa in parallelo
Come vedete l’area di funzionamento garantita mediante il solo compressore, evidenziata in verde, copre temperature esterne davvero rigide per le nostre latitudini.
Daikin Altherma 3 R
Dove: area di funzionamento mediante resistenza integrativa
Nel caso di produzione ACS con la Daikin Altherma 3 R la temperatura di cut-off della pompa di calore è di -25 ºC.
Daikin Altherma 3 H HT
Dove: area di funzionamento mediante resistenza integrativa
Nel caso di produzione ACS con la Daikin Altherma 3 H HT la temperatura di cut-off della pompa di calore è di -28 ºC.
La pompa di calore funziona sotto zero in inverno!
I dati riportati sopra ci dicono in estrema sintesi che una pompa di calore funziona sotto zero in inverno senza alcun problema:
- il riscaldamento e la produzione di ACS funzionano col compressore dell’unità esterna fino ad una temperatura esterna sotto zero fino a -28 ºC; al di sotto continua a funzionare per quanto utilizzando una resistenza integrativa
- la produzione di acqua calda sanitaria avviene con l’unità esterna fino ai 50 / 55 ºC; al di sopra esclusivamente con la resistenza integrativa
Per quanto abbiamo la certezza che la pompa di calore funziona sotto zero in inverno, cercate comunque di non abusare della resistenza elettrica di integrazione in modo da evitare consumi elettrici inattesi. Ricordate sempre che:
- una resistenza elettrica ha efficienza pari ad 1, ovvero l’energia elettrica utilizzata si trasforma integralmente in energia termica
- una pompa di calore ha una performance sempre superiore a 3: l’energia termica prodotta è tre volte superiore a quella elettrica consumata grazie al calore estratto dall’aria esterna
Direi che ora possiamo capire fino a che temperatura esterna conviene la pompa di calore.
Fino a che temperatura esterna conviene la pompa di calore: salto termico e regime di carico
Per quanto le pompe di calore ad inverter, sostanzialmente la totalità, assicurino di gestire condizioni di carico molto ampie per assicurare il massimo comfort durante tutto l’inverno, la performance non è uniforme in tutte le condizioni.
Come già anticipato, la performance di una pompa di calore dipende fondamentalmente da:
- salto termico tra temperatura di mandata acqua calda e temperatura esterna aria: tanto è minore tanto maggiore sarà il rendimento della pompa di calore
- regime di carico della pompa di calore, ovvero la potenza termica erogata rispetto alla potenza massima erogabile: avvicinandosi al pieno carico il rendimento si abbassa
Per ragionare sempre su dei dati concreti e non semplicemente sui concetti, nei due grafici seguenti ho elaborato i dati di targa da mia pompa di calore Daikin HPSU Compact rispetto alle variabili seguenti:
- temperatura esterna di 2 °C e -2 °C
- temperatura di mandata tra 30 °C e 50 °C
- regime di carico tra 30 % e 100 %
Questi grafici della performance della pompa di calore ci dimostrano chiaramente:
- grande flessibilità nei regimi di carico per adattarsi ai vari periodi dell’inverno in cui la potenza termica richiesta può essere molto differente
- efficienza massima della pompa di calore nei regimi di carico intermedi
E’ proprio un corretto dimensionamento della capacità della pompa di calore che assicura il bilanciamento tra potenza e performance in tutti i momenti dell’inverno in cui utilizziamo il riscaldamento.
Esempio di riscaldamento con pompa di calore in inverno con temperatura esterna sotto zero
Partiamo con un esempio reale del funzionamento in riscaldamento della mia pompa di calore con temperatura sotto zero nel mese di gennaio:
Nel grafico sono rappresentate:
- la potenza elettrica assorbita dalla mia pompa di calore Daikin HPSU Compact (area rossa)
- temperatura interna (linea ambra)
- temperatura esterna (linea blu)
Possiamo fare le considerazioni seguenti sul funzionamento della pompa di calore con temperatura sotto zero:
- la temperatura esterna media è inferiore a -1 ºC
- il funzionamento della pompa di calore è sostanzialmente continuativo
- tutte le micro-interruzioni sono legate agli sbrinamenti
- i vari picchi corrispondono ai cicli di reintegro dell’accumulo di acqua calda sanitaria
- il comfort è assolutamente mantenuto
Come già scritto per la mia pompa di calore Daikin HPSU Compact la temperatura di cut-off è -20 ºC per quanto con quelle temperature, che trovereste comunque solo in Lapponia insieme alla renne, le prestazioni sarebbero talmente basso che potrebbe essere opportuno ricorrere ad una sorgente alternativa più tradizionale.
Esempio di raffrescamento con pompa di calore in estate
Per completezza prendiamo in considerazione anche un esempio concreto una giornata torrida nel mese di luglio, in cui il raffrescamento lavora molto e si consuma acqua calda sanitaria come e più del solito.
Le temperature esterne sono estremamente impegnative: per la maggior parte del giorno si viaggia intorno ai 32 ºC, mentre la minima e’ intorno ai 23 ºC per pochissime ore.
In raffrescamento non ci sono sostanzialmente limiti fino ad una temperature esterna di 43 ºC (ricordiamoci che si parla di temperatura dell’aria). Ovviamente il discorso cambia se l’unita’ esterna fosse in pieno sotto il sole !
La risposta alla domanda se le pompe di calore possono lavorare sotto zero, a -10° o a -20° è: dipende. Il rendimento in riscaldamento di una pompa di calore viene misurato attraverso l'indice COP o SCOP (rapporto tra quanti kW termici di potenza genera una pompa di calore rispetto alla potenza che consuma).
Un fenomeno che potrebbe portare al blocco della macchina è lo sbrinamento. In determinate condizioni, l'umidità contenuta nell'aria condensa sulla batteria alettata esterna della pompa di calore e congelandosi potrebbe bloccare la macchina. Per evitare ciò, si impostano dei cicli detti di sbrinamento.
Durante i cicli di sbrinamento, che possono durare anche per diversi minuti, non viene riscaldata la casa. Per velocizzare il periodo di assenza del riscaldamento, vengono utilizzate delle resistenze elettriche per scaldare l’acqua (che la macchina raffredda durante lo sbrinamento). Oltre alla perdita di rendimento, si provoca un ulteriore spreco di energia.
Occorre impostare correttamente sia la frequenza che la durata dei cicli di sbrinamento. Difatti, se i cicli fossero poco frequenti, porterebbero all’aumento dello spessore di ghiaccio sulla batteria, riducendone lo scambio di calore.
Al di sotto dei - 6° / -10°, molti modelli smettono di funzionare.
Per ovviare a tutto ciò, potresti optare per una pompa di calore geotermica, che se ne frega della temperatura esterna, scambiando calore direttamente con il terreno.
Se avessi scelto già la pompa di calore da montare in casa, dovresti spulciare all'interno della scheda tecnica e scovare la Temperatura Operativa Limite TOL che rappresenta la temperatura della sorgente esterna più bassa che consente ancora il funzionamento della pompa di calore.
Queste considerazioni valgono sia per le pompe di calore aria-aria che per le aria-acqua.
Ti sarà senz’altro capitato di sentire dire che la pompa di calore ha un funzionamento invernale ridotto, che consuma troppa energia o che non è del tutto efficiente. Cosa c’è di vero o di falso in queste affermazioni?
Partiamo innanzitutto dai concetti di base. Una pompa di calore usata per il riscaldamento è una macchina che trasferisce calore da una sorgente a bassa temperatura ad un ambiente interno. Sfrutta lo stesso principio di funzionamento di un frigorifero o di un condizionatore ma invertito.
Ovvero, estrae energia da una fonte naturale (che può essere aria, acqua di falda o sottosuolo) e la trasforma in calore.
Come abbiamo visto quindi una pompa di calore riesce a garantire un buon funzionamento invernale. Nel funzionamento di una pompa di calore la temperatura gioca un ruolo fondamentale.