Le pompe di calore (PdC) rappresentano una soluzione ecologica e versatile per riscaldare e raffrescare gli edifici. In questo approfondimento esploreremo a fondo le pompe di calore (PdC), analizzando non solo il loro funzionamento, ma anche le loro potenzialità e le principali sfide che comportano. Parleremo di aspetti tecnici come il COP (coefficiente di prestazione), la durata nel tempo e i consumi energetici, senza trascurare fattori pratici come i costi di installazione e manutenzione, di primaria importanza per ogni utente interessato al dispositivo.
Come Funziona la Pompa di Calore Acqua-Acqua?
La pompa di calore acqua-acqua è un generatore di calore che utilizza l’energia delle acque del sottosuolo. La pompa di calore è una macchina che, servendosi di diverse sorgenti, è in grado di estrarre e trasferire energia termica. 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.
In particolare, la pompa di calore acqua-acqua 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:
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- 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.
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Requisiti per l’Esercizio di una Pompa di Calore Acqua-Acqua
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.
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.
È preferibile che la temperatura della falda rimanga stabile, riducendo così il fabbisogno energetico per il riscaldamento.
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 delle Pompe di Calore Acqua-Acqua
Le pompe di calore acqua-acqua presentano numerosi vantaggi, ma anche alcuni svantaggi.
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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 (Coefficiente di Prestazione)
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.
Costi di una Pompa di Calore Acqua-Acqua
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.
Attualmente, per un impianto domestico, i costi possono variare tra i 6.000 € e i 7.500 €. Per sistemi di maggiore capacità o commerciali, l'investimento iniziale può arrivare fino a 25.000 €, a seconda delle dimensioni e delle condizioni del sito di installazione.
È importante considerare anche i costi di installazione, che possono incidere significativamente sul totale. Ad esempio, l'installazione di una pompa di calore acqua-acqua da 6 kW può costare tra 3.500 € e 4.500 €.
Integrazione con Impianto Fotovoltaico
L'integrazione di un impianto fotovoltaico con la pompa di calore acqua-acqua è una soluzione energetica molto efficace e sostenibile.
L'impianto fotovoltaico produce energia elettrica dalle radiazioni solari e la pompa di calore acqua-acqua utilizza la stessa energia elettrica per prelevare il calore dall'acqua sotterranea o dal suolo e trasferirlo all'acqua calda sanitaria e agli impianti di riscaldamento.
In questo modo si riduce l'utilizzo di combustibili fossili per il riscaldamento, diminuendo le emissioni di CO2 e a parità di spesa, la pompa di calore acqua-acqua garantisce un risparmio energetico fino al 70% rispetto ai tradizionali sistemi di riscaldamento.
Tabella dei Costi Medi di Installazione
| Tipo di Pompa di Calore | Costo Medio di Installazione (€) |
|---|---|
| Pompa di calore geotermica | 3.500 - 6.000 |
| Pompa di calore aria-acqua | 1.500 - 3.500 |
| Pompa di calore aria-aria | 1.200 - 4.500 |
| Pompa di calore acqua-acqua | 2.000 - 5.000 |