Sempre più italiani stanno optando per l'installazione di impianti fotovoltaici sui tetti, una scelta lungimirante che permette di produrre energia per le proprie utenze domestiche in modo autonomo. Parallelamente, le pompe di calore rappresentano un'altra grande innovazione nel mercato energetico domestico, offrendo un metodo efficiente per riscaldare e raffrescare gli ambienti, riducendo i consumi energetici e le emissioni di CO2. Entrambi questi sistemi sono sempre più diffusi e utilizzati in tutti i settori, dal residenziale al commerciale, e sono considerati una soluzione efficace per combattere il cambiamento climatico e migliorare la sostenibilità dell'ambiente.
Nell’articolo di oggi ti parleremo di una tipologia specifica di pompa di calore, ovvero quella aria-acqua. Ti descriveremo nel dettaglio le sue caratteristiche e il suo funzionamento, e ti sveleremo i numerosi vantaggi che comporta una sua integrazione col fotovoltaico!
Come Funziona una Pompa di Calore Aria-Acqua
Il funzionamento di una pompa di calore ad aria è semplice e ingegnoso: sfrutta l'energia termica dell'aria esterna come fonte per generare calore. Esistono due varianti di questa soluzione.
Con la pompa di calore aria-aria, grazie al compressore l'energia termica dell'aria esterna è usata per riscaldare gli ambienti della casa. Con la pompa di calore aria-acqua l'energia termica è estratta dall'aria dell'ambiente esterno per generare calore, che in questo caso è usato per riscaldare l'acqua che attraversa i radiatori o altri terminali.
La pompa di calore usa ventilatori per aspirare e scaricare l'aria, nonché un evaporatore, un compressore e un fluido refrigerante. I refrigeranti tipici utilizzati nelle moderne pompe di calore sono il gas R32 e il gas R290. Il refrigerante scorre attraverso i tubi della pompa di calore ad aria. L'aria aspirata dal ventilatore dell'unità esterna ha un'energia termica superiore a quella del refrigerante, che in questo modo si riscalda ed evapora grazie a un basso punto di ebollizione.
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Il vapore raggiunge il compressore, che ne aumenta la pressione e la temperatura così da riscaldare l'acqua del circuito di riscaldamento oppure l'aria.
I gas refrigeranti R32 e R290 sono presenti nella gamma di pompe di calore Vaillant. Il gas refrigerante R32, utilizzato per esempio nella pompa di calore Vaillant aroTHERM pure con modulo murale e aroTHERM pure con uniTOWER pure, oppure il refrigerante naturale R290, usato nella pompa di calore monoblocco aroTHERM plus.
Invertendo il circuito di riscaldamento, è possibile estrarre il calore dall'aria dell'ambiente: in questo modo la pompa di calore può raffrescare la casa in estate in modo confortevole ed ecologico.
Temperatura Minima Esterna Supportata
La pompa di calore funziona perfettamente anche quando l'aria esterna è molto fredda, grazie al punto di ebollizione estremamente basso del fluido refrigerante. Il fattore che determina l'efficienza della pompa di calore ad aria è la differenza tra la temperatura dell'ambiente e il refrigerante: più alta è la prima e meno energia serve alla pompa di calore per operare. Questo non significa che avrete problemi di riscaldamento se le temperature esterne sono inferiori a -20° C, ma solo che l'impianto ha bisogno di energia elettrica aggiuntiva per funzionare e riscaldare.
Il rischio di guasto di una pompa di calore ad aria è estremamente basso e può essere ulteriormente ridotto effettuando regolarmente la manutenzione.
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Considerazioni Importanti Prima dell'Installazione
Ecco alcuni aspetti da considerare prima di acquistare una pompa di calore.
- Isolamento Termico: Quanto è efficiente l'isolamento termico della tua casa? Per sfruttare al massimo la pompa di calore aria-acqua e la sua efficienza è necessario che il calore generato non si disperda attraverso finestre o infissi poco isolanti.
- Tipo di Impianto: Hai un impianto di riscaldamento a pavimento o altro? Bisogna Inoltre considerare che la pompa di calore aria-acqua funziona meglio con impianti radianti di grandi dimensioni, come il riscaldamento a pavimento, piuttosto che con piccoli radiatori.
- Spazio Esterno: Hai lo spazio per installare l'unità all'esterno? Le pompe di calore aria-acqua si posizionano all'esterno della casa, per esempio nel giardino o sul balcone.
Se a questo punto avete scelte di installare una pompa di calore aria-acqua nella vostra casa, è consigliabile verificare l'indice SCOP della soluzione scelta. Lo SCOP, coefficiente di prestazione stagionale (Seasonal Coefficient of Performance), indica il rapporto tra il fabbisogno annuo e il consumo elettrico annuo dedicato al riscaldamento. Migliore è l'efficienza del prodotto scelto e maggiore sarà il suo valore SCOP.
Un altro capitolo da considerare è l'installazione. Gli installatori Vaillant conoscono perfettamente la distanza che la pompa di calore per non disturbare i propri vicini e per non essere disturbati da nessun rumore durante la notte nella propria camera da letto, facilitati dalla grande silenziosità delle soluzioni proposte.
Abbinamenti per Massimizzare l'Efficienza
Per ottenere la massima efficienza energetica e risparmiare sui costi operativi, abbinare una pompa di calore con un'altra tecnologia può essere un'ottima soluzione.
Impianto Fotovoltaico
Con un impianto fotovoltaico, attraverso l'energia solare è possibile generare elettricità che alimenterà la pompa di calore. Con un impianto solare di questo tipo, producendo energia è possibile alimentare anche tutti gli altri apparecchi elettrici e quindi essere meno esposti alla fluttuazione dei prezzii dell'energia.
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Impianto Solare Termico
L'energia solare può essere utilizzata anche per il riscaldamento e la produzione di acqua calda, motivo per cui la combinazione tra impianto solare termico e pompa di calore ad aria può portare grandi benefici. Un impianto solare termico sfrutta l'energia del sole per generare calore invece di elettricità. In questo modo, a seconda del tipo di impianto scelto, è possibile supportare sia il riscaldamento sia la produzione di acqua calda.
Caldaia a Condensazione
Se la temperatura di mandata richiesta è molto elevata, si può considerare anche l'abbinamento tra una pompa di calore ad aria e una caldaia a condensazione. Quando le condizioni ambientali sono ideali per il funzionamento della pompa di calore ad aria, questa si attiverà funzionando in autonomia. Nel caso in cui le condizioni non fossero più ideali e fosse necessaria una temperatura di mandata superiore, interverrà la caldaia a condensazione.
Puffer (Accumulatore Inerziale)
Il puffer (anche chiamato accumulatore inerziale oppure volano termico) è un elemento ideale da abbinare a una pompa di calore. È un serbatoio contenente acqua tecnica presente nell'impianto di riscaldamento, nella quale è accumulata l'energia termica generata dalla pompa di calore e resa disponibile quando necessario. In questo modo la pompa di calore non dovrà accendersi e spegnersi continuamente per generare calore, risparmiando energia elettrica e aumentando la durata del sistema.
Incentivi Fiscali e Detrazioni
Le principali agevolazioni disponibili per l’acquisto e installazione di una pompa di calore riguardano le seguenti tipologie di prodotto:
- pompa di calore aria-acqua
- pompa di calore aria-aria
- pompa di calore acqua-acqua
- pompa di calore geotermica
- sistemi ibridi composti con pompa di calore
Le detrazioni fiscali statali che riguardano le pompe di calore sono:
- Ecobonus: per sfruttare questo bonus è necessario installare un nuovo impianto di riscaldamento con pompa di calore ad alta efficienza per riscaldamento e raffrescamento in sostituzione di un vecchio impianto. La detrazione Irpef o Ires (per le aziende) corrisponde al 50% della spesa sostenuta, recuperabile in 10 anni con rate annuali dello stesso importo. L’importo massimo detraibile, installando una pompa di calore, è di 30.000 euro. Questo bonus non è cumulabile con la detrazione del 50% per le ristrutturazioni (Bonus Casa) o con altri incentivi.
- Bonus Casa: ristrutturando abitazioni e parti comuni di edifici residenziali si può accedere a una detrazione del 50% delle spese sostenute per i lavori, con un limite massimo di 96.000 euro per ciascuna unità immobiliare. Questo comprende anche i costi sostenuti per l’installazione di una pompa di calore che migliori il risparmio energetico.
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Video Esplicativo
Hai poco tempo a disposizione per leggere la migliore guida d’Italia sulla pompa di calore aria acqua? Guarda il video sotto per una spiegazione rapida e completa.
FAQ Pompa di Calore Aria Acqua
Una pompa di calore è una macchina termica per mezzo della quale puoi scaldare casa quando è freddo, produrre acqua calda sanitaria, e raffreddare la tua casa quando è caldo senza pagare la bolletta del gas; con il solo costo della bolletta elettrica a incidere sulle tue spese energetiche.
La pompa di calore aria acqua prende invece calore dall’aria esterna e lo porta dentro casa tua riscaldando l’acqua del tuo impianto di riscaldamento a pavimento (abbinamento più frequente). Nel prossimo paragrafo andrò più nel dettaglio del funzionamento di una pompa calore aria acqua.
Come già ampiamente detto, una pompa di calore aria acqua estrae calore dall’aria mediante la sua unità esterna e lo trasmette nei tubi che collegano quest’ultima con l’unità interna, dove, tramite uno scambiatore, passa un gas frigorifero. Molte persone, su Internet, per spiegare il funzionamento di una pompa di calore aria acqua, semplificano facendo il paragone con il frigorifero, che toglie calore dal cibo e lo disperde nel tuo soggiorno di casa per mezzo della sua serpentina. Ecco, una aria acqua funziona al medesimo modo, ma al contrario.
Su Internet, si fa spesso la distinzione tra pompa di calore aria acqua commerciale e pompa di calore aria acqua professionale. La pompa di calore aria acqua commerciale è una macchina economica, che però tradisce numerose inefficienze, perché prodotta da aziende che hanno scarsa esperienza nel settore, dove invece una termopompa richiede grande perizia di fabbricazione.
Le pompe di calore aria acqua professionali, invece, sono prodotte da aziende capaci di realizzare impianti all’altezza delle aspettative e delle esigenze dell’abitazione nella quale sono installate, capaci di affrontare anche le temperature più rigide: e infine in grado di inviare, al momento dell’installazione, personale che non ha bisogno di consultare il libretto di istruzioni per portare a compimento la messa in posa!
Riconosci le pompe di calore commerciali perché sono prodotte in Cina; si presentano simili a dei condizionatori, con un ventilatore a lamelle molto vicine le une dalle altre, aspetto che ha il risultato che d’inverno la brina vi si deposita negli interstizi impedendo alla macchina di funzionare. Una professionale, invece, pesa anche 220 kg, ha un ventilatore grande per consumare meno: e per girare con minore frequenza ha alette seghettate per fare meno rumore e distanziate. Nei giorni più freddi, una professionale riesce a continuare a sottrarre aria anche sotto lo zero.
La pompa di calore fornisce tutto l'anno energia termica per il riscaldamento e l'acqua calda sanitaria. La pompa di calore utilizza infatti l'energia dell'aria, del suolo o dell'acqua di falda e la converte in energia termica. Nessuna stregoneria, ma un semplice principio fisico.
Principio di Funzionamento Semplificato
Il principio di funzionamento di una pompa di calore è simile a quello di un elettrodomestico che utilizziamo ogni giorno: il frigorifero. L'unica differenza è che mentre il frigorifero estrae il calore dal suo interno per mantenerlo fresco e lo rilascia nell'ambiente, la pompa di calore estrae il calore dall'ambiente per riscaldare l'interno di una casa.
L'ambiente ci offre diverse fonti di calore che una pompa di calore può sfruttare: l'aria, il terreno e le acque di falda e, meno in alcuni casi, anche le acque di superficie, come laghi o fiumi. Queste fonti di calore sono disponibili gratuitamente e in quantità illimitata. Tuttavia, la loro temperatura di partenza è troppo bassa per poterle utilizzare direttamente per il riscaldamento degli ambienti o per la fornitura di acqua calda.
La pompa di calore sfrutta un processo termodinamico basato sul passaggio di fase del refrigerante e in particolare sulla stretta correlazione tra pressione e temperatura: il compressore aumenta la pressione del vapore del refrigerante e allo stesso tempo ne aumenta anche la temperatura. In questo modo il refrigerante, condensando, riesce a scaldare l’acqua dell'impianto portandola ad un livello termico soddisfacente per contribuire al riscaldamento dell'ambiente domestico e alla fornitura di acqua calda.
Componenti Chiave e Funzionamento Invernale
Il fluido refrigerante svolge un ruolo centrale nel funzionamento di una pompa di calore: si tratta di un fluido con un punto di ebollizione estremamente basso che subisce una serie di trasformazioni in 4 fasi all'interno dei diversi componenti del circuito chiuso del sistema. Di seguito, un'illustrazione del funzionamento di una pompa di calore durante il periodo invernale:
- Fase 1: all'interno dell'evaporatore, l'energia termica dell'ambiente (dall’aria, dall’acqua o dal sottosuolo) viene trasferita al fluido refrigerante per mezzo di uno scambiatore di calore. Questo provoca l'evaporazione completa del refrigerante che ha una temperatura inferiore dell'ambiente esterno.
- Fase 2: nel compressore, il refrigerante - ora in stato gassoso - viene compresso e riscaldato da un compressore azionato elettricamente.
- Fase 3: nel condensatore, il fluido refrigerante, ora in stato gassoso e riscaldato, viene sottoposto a condensazione e torna allo stato liquido. In questo processo, il calore viene estratto dal gas caldo attraverso un altro scambiatore di calore e trasferito all'accumulatore di calore del sistema di riscaldamento, alla temperatura di mandata desiderata. Questo calore viene usato per scaldare l'ambiente casalingo, per esempio riscaldando l'aria dei termoconvettori o l'acqua che scorre nelle tubazioni del sistema di riscaldamento a pavimento.
- Fase 4: all'interno dell'espansore, il fluido refrigerante passa attraverso la valvola e così si raffredda, tornando nuovamente a pressione e temperatura originali.
In una pompa di calore acqua glicolica/acqua o in una pompa di calore acqua/acqua, un circuito trasporta il calore ambientale dal terreno o dalle acque di falda alla pompa di calore.
Nel caso della pompa di calore aria/acqua, un ventilatore assicura un apporto costante di calore ambientale alla pompa di calore.
Pompa di Calore Monoblocco vs Split
Per le pompe di calore aria/acqua si sono affermati due sistemi fondamentalmente diversi tra loro: il sistema pompa di calore monoblocco e il sistema pompa di calore split. La differenza più grande tra queste due soluzioni è che in un'unità monoblocco tutti i componenti tecnici importanti per il processo di recupero del calore sono raccolti in un'unica unità, mentre con un sistema split sono distribuiti su due unità. Entrambi i sistemi presentano vantaggi e svantaggi specifici.
- Pompa di calore monoblocco: Il sistema pompa di calore monoblocco è più semplice, in quanto raccoglie tutti i componenti in un'unica unità. Le pompe di calore monoblocco si posizionano all'esterno e sono ideali per chi non dispone di molto spazio all'interno dell'abitazione. Uno svantaggio invece è il potenziale congelamento dell’acqua di impianto in caso di climi molto rigidi.
- Pompa di calore split: Uno dei vantaggi più importanti del sistema pompa di calore split è la sua massima flessibilità. I componenti possono essere posizionati in modo estremamente flessibile e non si presenta il rischio di congelamento dell'acqua dell'impianto. Uno svantaggio è rappresentato invece dal fatto che le tubazioni del fluido refrigerante devono essere installate da uno specialista dedicato e, a seconda della distanza tra l'unità esterna e quella interna e della quantità di refrigerante utilizzata, sono richiesti controlli regolari.
Efficienza e Valori COP/SCOP
L'efficienza di una pompa di calore è misurata calcolando il rapporto tra il calore a disposizione per riscaldare l'ambiente e l'energia elettrica consumata per ottenerlo. Maggiore è il rapporto, maggiore è l'efficienza della pompa di calore. A seconda della fonte di calore (aria, terra o acqua), un impianto di riscaldamento può produrre fino a 5 chilowattora di calore con 1 chilowattora di elettricità.
I fornitori di pompe di calore documentano il valore COP (Coefficient of Performance, coefficiente di prestazione) e/o un valore SCOP (Seasonal Coefficient of Performance, coefficiente di prestazione stagionale) per i loro sistemi. Come anticipato, questi valori mettono in rapporto la produzione di calore e l'energia elettrica da utilizzare per la produzione di calore. COP e SCOP sono valori determinati in condizioni di prova specifiche in laboratorio.
Funzionamento in Inverno e Raffrescamento Estivo
Parlare di calore ambientale in inverno può sembrare un po' azzardato. Tuttavia, finché la temperatura della fonte di calore (aria, terra o acqua) è superiore al punto di ebollizione del refrigerante che trasporta l'energia termica, il calore ambientale può essere utilizzato in modo efficiente per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda. Le pompe di calore Vaillant, per esempio, possono funzionare anche con una temperatura esterna di -25°C.
A differenza di tutte le altre tecnologie di riscaldamento, le pompe di calore possono essere utilizzate anche per raffreddare gli spazi abitativi in estate. Il presupposto è che la pompa di calore sia progettata per essere reversibile, cioè che il processo termodinamico dell'unità possa funzionare anche al contrario: In questo caso, la pompa di calore estrae calore dagli spazi abitativi e lo trasferisce all'ambiente (aria, terra o acqua). L'umidità dell'ambiente deve essere monitorata tramite il sistema di controllo per evitare la formazione di condensa.
Modalità di Funzionamento: Monovalente e Bivalente
Esistono due modalità di funzionamento per le pompe di calore: funzionamento monovalente e bivalente. La scelta della modalità di funzionamento dipende principalmente dalla situazione strutturale.
- Funzionamento Monovalente: Nel funzionamento monovalente, la pompa di calore è utilizzata come unica fonte di energia per il riscaldamento. In questo caso, le condizioni di installazione giocano un ruolo importante: migliore è l'ottimizzazione energetica di un edificio (isolamento dell'involucro edilizio e delle tubature che trasportano l'acqua calda) e minore è la temperatura di mandata richiesta, maggiore sarà l'efficienza energetica della pompa di calore.
- Funzionamento Bivalente: Nel funzionamento bivalente, la pompa di calore è combinata con altre soluzioni di riscaldamento. Questa modalità di funzionamento è particolarmente richiesta quando un edificio, soprattutto se vecchio, non è o non può essere ottimizzato in termini di prestazioni energetiche complessive (migliorandone l'isolamento, per esempio) e richiede quindi temperature di mandata particolarmente elevate. Tutte le tecnologie convenzionali sono adatte come sistemi di riscaldamento supplementare, sia che si tratti di riscaldamento a gas, a pellet oppure a legna. È particolarmente interessante la combinazione con un sistema solare termico per la fornitura di acqua calda.