Le pompe di calore hanno guadagnato popolarità come soluzione di riscaldamento efficiente ed ecologica. Ma cosa sono esattamente e come funzionano?
Cosa Sono le Pompe di Calore?
Le pompe di calore sono dispositivi che sfruttano una fonte di energia rinnovabile, come l’aria esterna, il terreno o l’acqua, per riscaldare (o raffreddare) gli ambienti.
A differenza dei sistemi di riscaldamento tradizionali, che generano calore mediante combustione (come le caldaie a gas), esse trasferiscono il calore da una fonte, come aria o terreno, fino all’interno della casa o dell’edificio.
Come Funzionano le Pompe di Calore?
Il principio di funzionamento delle pompe di calore è semplice e si basa sul ciclo di compressione e espansione dei gas.
In sintesi, il fluido refrigerante all’interno della pompa di calore assorbe calore dalla fonte (aria, acqua o terreno) e viene compresso, aumentando la sua temperatura. Questo calore viene poi trasferito agli ambienti interni tramite uno scambiatore di calore.
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Sostanzialmente le pompe di calore utilizzano un ciclo termodinamico per trasferire calore da una fonte a bassa temperatura a un ambiente che necessita di essere riscaldato. Il funzionamento è analogo a quello del frigorifero che toglie il calore dagli alimenti e lo disperde nell’ambiente attraverso la serpentina.
Il principio di funzionamento si basa sulla capacità di un fluido molto freddo di trasformarsi in vapore a basse temperature.
Esistono diverse tipologie di pompe di calore, ma il loro funzionamento si basa sui medesimi principi. Tale materia viene sottoposta a pressione nel compressore e questo processo rilascia calore. Il gas confluisce nel condensatore e con il suo calore alimenta i radiatori della casa.
Fasi del Ciclo Termodinamico
- Evaporazione: In questa fase iniziale, il refrigerante a bassa temperatura e bassa pressione assorbe il calore dall’ambiente esterno (o interno, se in modalità raffrescamento) e passa da liquido a vapore.
- Compressione: Il vapore del refrigerante viene poi compresso da un compressore, che ne aumenta la temperatura e la pressione.
Tipologie di Pompe di Calore
Le pompe di calore sono dispositivi versatili che possono essere classificati in base alla loro sorgente di calore e al mezzo che riscaldano o raffreddano.
Ed è proprio in base alle diverse fonti di energia che si distinguono i vari tipi di pompe di calore.
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Le pompe di calore si distinguono in base alle sorgenti energetiche utilizzate. Avremo perciò:
- pompe di calore aria-aria
- pompe di calore aria-acqua
- pompe di calore ad acqua
- pompe di calore geotermiche
- pompe di calore ibride
Le tipologie più comuni e più usate sono quelle aria-aria, aria-acqua e ibride.
Pompe di calore aria-aria
Le pompe di calore aria-aria sono sicuramente quelle più conosciute e diffuse. Le ritroviamo anche nei classici split dei climatizzatori domestici, che danno la possibilità sia di riscaldare che di raffrescare gli ambienti.
Questi sistemi sono costituiti principalmente da due unità, una interna (il climatizzatore vero e proprio) e quella esterna, in cui si trovano il compressore, lo scambiatore di calore e la ventola. Le due unità sono collegate da tubazioni all’interno del quale scorre un fluido vettore. In questi sistemi viene prelevata l’aria come sorgente termica e trasformata in calore o fresco in base alle esigenze stagionali.
Le pompe di calore aria aria sono una soluzione impiantistica abbastanza semplice.
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Le pompe di calore aria-aria sono molto efficienti e i massimi risultati si ottengono in zone dal clima abbastanza mite, con temperatura che non scendono sotto i -10°C e il rischio che la condensa si trasformi in ghiaccio è basso.
Anche questa tipologia dipende dalla temperatura esterna, con l’aria che funge da sorgente termica per riscaldare o rinfrescare gli spazi interni dell’edificio.
Le pompe di calore aria-aria sono dotate di scambiatori di calore, sistemi di filtraggio e deumidificazione dell’aria e sono composte da due o più unità, di cui una esterna. All’interno trovano posto il sistema di canalizzazione dell’aria e gli split, all’esterno sono invece collocati compressore, ventola per lo scambio d’aria e convertitore di calore.
Pompe di calore aria-acqua
Le pompe di calore aria-acqua vengono usate per il riscaldamento, per il raffrescamento e per la produzione di acqua calda sanitaria e sono costituite generalmente da una pompa di calore associata ad un boiler di accumulo. Quest’ultimo serve per conservare al meglio il calore che viene prodotto dalla compressione del gas. Inoltre, questo sistema permette di ottenere calore dall’aria esterna anche a temperature molto basse.
Le pompe di calore aria-acqua sono molto usate per alimentare i sistemi domestici di riscaldamento a bassa temperatura (come i radianti a pavimento) e ad alta temperatura (come i termosifoni).
La pompa di calore aria-acqua sfrutta l’aria esterna come fonte di calore per il riscaldamento e raffrescamento degli ambienti.
Questo sistema consente di generare calore per il riscaldamento durante l’inverno e di raffrescare gli ambienti durante l’estate.
A differenza, infatti, della pompa di calore aria-aria, le pompa di calore aria-acqua mantiene buone prestazioni anche in condizioni di bassa temperatura esterna.
Il funzionamento di una poma di calore aria-acqua è analogo a quello dei sistemi aria-aria, con la sola importante differenza che il calore è trasferito all’acqua dell’impianto di riscaldamento.
Questi impianti, infatti, hanno bisogno di acqua calda per funzionare e le pompe di calore aria-acqua sono appunto progettate per produrla e per essere compatibili con queste tipologie di impianti.
Pompe di calore ad acqua
In questo caso il sistema ottiene calore dalle acque presenti nelle falde acquifere. Tale sistema presenta un vantaggio particolare, in quanto la temperatura dell’acqua prelevata dal sistema è più o meno stabile tra i 7 e 12 gradi centigradi.
Anche la pompa di calore acqua-aria estrae calore dall’acqua di falda e lo restituisce all’aria interna dell’edificio.
Per quanto riguarda il fluido utilizzato per il riscaldamento, a cui si trasferisce il calore generato, possono essere utilizzate sia aria, che acqua.
È comunque un sistema abbastanza complesso da realizzare, in quanto richiede uno un’analisi specialistica e approfondita del sottosuolo e comporta un investimento significativo.
Da una parte sono sistemi con ottime prestazioni, dall’altra parte le spese di installazione sono rilevanti, in quanto prevedono la costruzione di un pozzo con sistema di aspirazione. Il sistema può essere a circuito aperto o chiuso.
In ogni caso, a monte, deve essere effettuata un’analisi geologica da parte di un esperto, per assicurarsi che ci sia una fonte idrica da cui prelevare l’energia necessaria.
Pompe di calore geotermiche
Il loro funzionamento è analogo a quello delle pompe di calore ad acqua, ma in questo caso preleva energia dal calore del sottosuolo invece che dall’acqua di falda.
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.
La pompa estrarrà calore da una sorgente naturale già di per sé tiepida e questo incide molto positivamente sull’efficienza della stessa.
Anche se le pompe di calore geotermiche risultano più complesse da installare a causa della necessità di eseguire lavori di perforazione del terreno, sul lungo periodo risultano più efficienti di quelle ad aria.
Questa tipologia è sicuramente più costosa in quanto richiede l’inserimento di tubazioni in profondità e perforazioni del terreno.
Pompe di calore ibride
Uno dei limiti delle pompe di calore per riscaldamento risiede nel fatto che, in assenza di condizioni climatiche più o meno stabili, si riduce l’efficienza per il riscaldamento d’ambiente e per la produzione acqua calda sanitaria.
Proprio per questo in molti casi si preferisce accoppiare la pompa di calore con un ulteriore generatore di calore alimentato da un combustibile fossile. Si tratta del sistema a pompa di calore ibrido dove solitamente troviamo una caldaia a condensazione alimentata a gas metano (o a GPL) associata a una pompa di calore.
L’adozione di una pompa di calore ibrida è consigliata in luoghi dove vi sono forti escursioni termiche. Infatti, grazie alla caldaia, il flusso dell’acqua viene regolato automaticamente in modo che la pompa di calore riceva acqua a temperature costanti e riducendo così l’energia necessaria per portarla alla temperatura d’esercizio richiesta.
Pompe di calore ad assorbimento
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.
Vantaggi delle Pompe di Calore
Le pompe di calore sono al centro dell’attenzione nel contesto dell’efficienza energetica e della riduzione dell’impatto ambientale degli edifici.
- Efficienza energetica: Le pompe di calore sono estremamente efficienti rispetto ai sistemi tradizionali di riscaldamento.
- COP e SCOP elevati: indicano che la pompa di calore produce più energia termica di quanta ne consumi elettricamente, rendendola un’opzione energetica altamente efficiente.
- Sostenibilità: Le pompe di calore contribuiscono significativamente agli obiettivi di sostenibilità, riducendo la dipendenza dai combustibili fossili per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici e diminuendo le emissioni di gas serra.
- Versatilità: Questa versatilità assicura un miglioramento dell’efficienza energetica senza richiedere modifiche strutturali complesse, rendendole ottimali anche per l’aggiornamento di costruzioni storiche o di valore, dove interventi invasivi non sono fattibili.
- Utilizzo di energie rinnovabili: Grazie alla possibilità di sfruttare energie rinnovabili, ridurre i costi di gestione e beneficiare di incentivi, rappresenta un'opzione vantaggiosa per molte abitazioni.
- Riduzione dei consumi: E infatti uno dei vantaggi principali nell’uso di una caldaia a pompa di calore è quello di limitare al minimo il consumo di energia primaria da fonte fossile.
- Incentivi fiscali: usufruiscono dell’Ecobonus con detrazioni fiscali del 65% in 10 anni o del Conto Energia Termico.
- Climatizzazione completa: Considerando che si possono usare per la climatizzazione estiva, il riscaldamento invernale e la produzione di acqua calda sanitaria, sono sicuramente un investimento accessibile ed efficiente, in quanto permettono un risparmio fino a 4 volte rispetto al riscaldamento elettrico tradizionale e fino a 3 volte rispetto al gas metano.
- Compatibilità con altri sistemi: possono essere utilizzate anche congiuntamente ad altri impianti di riscaldamento già esistenti
- Sicurezza: non bruciano combustibili e non generano fumi di scarico, eliminando il rischio di perdite di gas o emissioni nocive.
Considerazioni sull'Installazione
Installare una pompa di calore è una scelta vincente quando l’obiettivo è quello di favorire l’efficienza energetica di un edificio, riducendo i consumi, e di aumentare la sua sostenibilità.
Chiaramente è consigliabile investire in questa direzione e installare una pompa di calore in combinazione con una serie di altri interventi sull’edificio.
Se l’involucro non è isolato, gli infissi non sono performanti e l’impianto di distribuzione è vecchio e inefficiente, si rischia di vanificare l’investimento.
- Richiesta di spazio: Le pompe di calore geotermiche richiedono spazio per l’installazione di tubature nel terreno, mentre quelle aria-aria e aria-acqua necessitano di unità esterne.
- Clima: Le pompe di calore aria-aria e aria-acqua possono perdere efficienza in climi molto freddi (temperature inferiori a -10/-15°C), rendendo necessario un sistema di riscaldamento ausiliario in alcune situazioni.
- Spazio esterno: I modelli aria-aria e aria-acqua necessitano di un’unità esterna, che deve essere installata in un’area ben ventilata. Questo può rappresentare un limite per chi vive in appartamenti senza balconi o spazi adeguati.
Pompe di Calore vs. Altri Sistemi di Riscaldamento
- Pompe di calore vs. caldaie a condensazione: Le pompe di calore sono generalmente più efficienti, soprattutto se alimentate da fonti di energia rinnovabile.
- Pompe di calore vs. riscaldamento elettrico: Il riscaldamento elettrico diretto è semplice da installare, ma ha costi operativi elevati e non è efficiente come una pompa di calore.
- Pompe di calore vs. caldaie tradizionali: Come abbiamo già visto, le tecnologie di funzionamento delle caldaie a gas tradizionali sono in fase di progressivo rinnovo, per via della bassa efficienza e dell’alto impatto ambientale.
Incentivi Fiscali
I costi di acquisto e installazione di una pompa di calore, come visto, possono essere anche molto elevati.
Per quanto riguarda le detrazioni fiscali per gli interventi di riqualificazione energetica, le pompe di calore permettono l’accesso all’Ecobonus al 65% fino al 31 dicembre 2024 e al Bonus Casa, nel caso si stiano eseguendo interventi di ristrutturazione o manutenzione straordinaria. In questo caso, la percentuale di spesa detraibile è del 50% fino al 31 dicembre 2024.
Infine, le pompe di calore, installate in sostituzione di un impianto di riscaldamento preesistente, rientrano nel sistema di incentivi previsti dal GSE e annoverati nel Conto Termico 2.0.
Il GSE, entro circa due mesi dalla convenzione, arriva a rimborsare il 65% della spesa tramite bonifico. Per verificare se un modello di pompa di calore possiede i requisiti per accedere agli incentivi del conto termico si può consultare il catalogo degli apparecchi domestici del GSE, le pompe di calore si trovano nella tipologia 2A e 2E per i sistemi ibridi.
La Legge i Bilancio recentemente bollinata alla Camera e che dovrà essere pubblicata in Gazzetta Ufficiale entro il 31/12/2024 ha confermato il bonus ristrutturazioni al 50% ma solo per le prime case. L’ecobonus, che incentiva le tecnologie di efficientamento energetico, scende dal 65 al 50%, anche in questo caso per le prime case; per le seconde case entrambi passano al 36%.
Il Futuro delle Pompe di Calore
Secondo il Report pubblicato dall’IEA “The Future of Heat Pumps” le pompe di calore sono centrali per la transizione verso un riscaldamento sostenibile a livello globale.
Sempre l’European Heat Pump Association (EHPA) segnala che l’elettricità a basso costo sia una chiave per accelerare l’adozione delle pompe di calore, promuovendo così una maggiore indipendenza energetica e una riduzione dell’uso di combustibili fossili.