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 Scegliere la Pompa di Calore Giusta
Scegliere la pompa di calore giusta per la propria abitazione è un passo fondamentale per garantire comfort ed efficienza energetica. Ma come fare? Il cuore della questione risiede nel dimensionamento corretto. Prima di addentrarci nel dimensionamento, è utile fare un passo indietro e capire cosa sono le pompe di calore. In sostanza, sono degli elettrodomestici che prelevano calore dall'ambiente esterno (aria, acqua o terra) e lo trasferiscono all'interno dell'edificio, amplificandolo. Possono quindi essere utilizzate sia per il riscaldamento che per il raffrescamento degli ambienti, rendendole una soluzione versatile e sostenibile.
Fattori Chiave per il Dimensionamento
Il dimensionamento della pompa di calore è un aspetto fondamentale per garantire il massimo comfort e l'efficienza energetica del tuo impianto. Le variabili da prendere in considerazione nella scelta del modello giusto di pompa di calore sono numerose. Il suo dimensionamento in base alle caratteristiche dell’abitazione è l’elemento più importante per progettare un impianto davvero “su misura” e va deciso con molta attenzione perché altrimenti si rischia di installare un sistema con prestazioni scarse e un consumo elevato.
Ecco alcuni elementi fondamentali che il progettista deve misurare per poi decidere i kW necessari della pompa di calore:
- Superficie e volume degli ambienti. La metratura e l’altezza delle stanze sono fondamentali per calcolare il fabbisogno energetico. La superficie degli ambienti da climatizzare costituisce il primo elemento di valutazione nel dimensionamento.
- Isolamento termico dell’edificio. La qualità dell’isolamento delle pareti, del tetto e del pavimento influisce significativamente sulla quantità di calore persa o guadagnata dall’edificio. La qualità dell'isolamento termico dell'edificio determina significativamente il carico dell'impianto. Edifici con coibentazione inadeguata richiedono maggiore energia per compensare le dispersioni attraverso pareti, coperture e solai. Tipo di involucro esterno (pareti, tetto, pavimento): ad esempio, una casa in pietra ha dispersioni doppie o triple rispetto ad una casa in cemento armato.
- Clima locale: Le condizioni climatiche della zona in cui si trova l’abitazione giocano un ruolo chiave. Il territorio nazionale è suddiviso in sei fasce climatiche, identificate progressivamente dalle lettere A alla F. L’Italia è suddivisa in diverse zone climatiche contrassegnate dalle lettere da A a F. Puoi visualizzare la tabella aggiornata dei gradi-giorno di ogni Comune nell’Allegato A del D.P.R. Questo è un valore importante per la scelta di una pompa di calore in quanto occorre sceglierne una in grado di riscaldare l’edificio nei tempi massimi prestabiliti dalla legge.
- Occupazione e utilizzo degli ambienti. Il numero di persone che vivono nell’abitazione e l’uso degli ambienti influenzano il carico termico.
- Esposizione solare. esposizione dell'appartamento.
- Tasso di ricambio dell’aria per valutare le dispersioni termiche che avvengono con l’apertura delle finestre o a causa delle infiltrazioni a serramenti chiusi.
- Come verrà utilizzato l’impianto, se solo per riscaldamento o anche raffrescamento e/o produzione di acqua calda sanitaria
- Terminali utilizzati nell’impianto di riscaldamento, per intenderci termosifoni, riscaldamento a pannelli radianti, ventilconvettori, ecc.
A questa cifra vanno aggiunti i metri cubi di metano necessari per la produzione di acqua calda sanitaria per ogni componente del nucleo familiare.
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Tecnicamente, per le pompe di calore è più corretto parlare di “potenza termica nominale” che indica la potenza massima in determinate condizioni standard che equivalgono, per l’inverno, a una temperatura esterna di 7°C e a una temperatura dell’acqua di mandata di 35 °C (viene indicato con A7 W35). Le caldaie domestiche hanno potenze che variano da 24 kW fino a 35 kW, mentre le pompe di calore di taglia residenziale hanno potenze decisamente inferiori, normalmente da 4 kW a 16 kW.
Calcolo della Potenza Necessaria
Il calcolo della potenza necessaria per una pompa di calore è un'operazione complessa che richiede l'intervento di un tecnico specializzato. Tuttavia, esistono delle formule semplificate che possono fornire una prima stima. Potenza nominale pompa di calore (kW) = Fabbisogno termico * (20 °C - Temperatura min. Questa formula restituisce la potenza approssimativa che la pompa di calore dovrebbe avere per garantire una temperatura confortevole a seconda dell’edificio e della zona climatica in cui è situato.
Potenza Stimata per 100 mq
Sulla base di questo, possiamo stimare che per un'abitazione di 100 mq una pompa di calore da 6 kW potrebbe essere adeguata. In generale, per un appartamento di 100 mq, la potenza necessaria può variare tra 5 kW e 11-15 kW, a seconda dell’isolamento e delle condizioni ambientali.
Sovradimensionamento e Sottodimensionamento
Il corretto dimensionamento di una pompa di calore non può essere improvvisato: deve tenere conto di molteplici parametri tecnici e ambientali. Partiamo dal caso del sovradimensionamento. A parte la spesa iniziale che risulta (inutilmente) più alta, infatti, crescono anche i consumi e le bollette della luce. La pompa di calore più potente, infatti, raggiungerà rapidamente la temperatura impostata e andrà incontro a cicli di accensione e spegnimento frequenti: proprio quello che la pompa di calore non deve fare per ottimizzare la sua efficienza.
Un sottodimensionamento troppo marcato del generatore di calore, invece, penalizza prima di tutto il comfort perché non si riesce a raggiungere la temperatura desiderata in casa. Una pompa di calore monoblocco o split troppo piccola rispetto al fabbisogno termico dell’edificio non riuscirà a riscaldare efficacemente l’ambiente nelle giornate più fredde, costringendo il sistema a lavorare al massimo delle sue possibilità per periodi prolungati. Inoltre, una macchina sovradimensionata potrebbe non lavorare mai nel suo punto di massimo rendimento, rendendo vano l’investimento iniziale.
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Tipologie di Pompe di Calore
Per quanto riguarda le conformazioni, le pompe di calore possono essere splittate o monoblocco.
Le diverse soluzioni in pompa di calore presenti sul mercato rendono questa tecnologia molto versatile e adattabile a diverse soluzioni di installazione, in base a posizione e tipologia di edificio.
- Pompe di calore aria-aria: Il funzionamento di una pompa di calore aria-aria è semplice e ingegnoso: attraverso il compressore l’energia termica dell’aria esterna viene utilizzata per generare flussi di aria calda per riscaldare gli ambienti della casa. Possono facilmente riscaldare o raffrescare gli ambienti utilizzando l’aria esterna, risultando una soluzione efficiente e a basso costo per spazi ridotti.
- Pompe di calore aria-acqua: La pompa di calore aria-acqua preleva l’energia termica dall’aria esterna e la utilizza per generare calore. Questo calore viene utilizzato per riscaldare l’acqua che circola nei radiatori (termosifoni o a pavimento) e per trasferire l’energia dell’aria esterna all’interno della casa. L’aria, una volta ceduto il calore, viene rilasciata all’esterno a una temperatura più bassa (o più alta), permettendo di riscaldare o raffrescare gli ambienti e produrre acqua calda sanitaria. Le pompe di calore aria-acqua sono versatili e possono essere utilizzate in appartamenti di dimensioni medie e villette
- Pompe di calore acqua-acqua: Un’unità di aspirazione esterna preleva l’acqua da un pozzo di estrazione e la invia verso una pompa di calore, quest’ultima utilizza il calore presente nell’acqua sotterranea per riscaldare l’edificio e produrre acqua calda sanitaria. Dopo aver ceduto il calore all’impianto di riscaldamento, l’acqua sotterranea, ora raffreddata, viene inviata nel terreno attraverso i pozzi di assorbimento. E’ importante sottolineare che la quantità e la qualità dell’acqua del sottosuolo deve essere monitorata continuamente. Queste pompe di calore sono ideali per abitazioni con accesso a fonti d’acqua sotterranea, come pozzi. La loro installazione richiede spazio per i pozzi di estrazione e di assorbimento, quindi sono più adatte a ville o grandi appartamenti con giardini o aree esterne adeguate.
- Pompa di Calore Geotermica Terra-Acqua: Le pompe di calore geotermiche utilizzano l’energia termica stabile presente nel suolo o nelle falde acquifere sotterranee. Nel dettaglio estraggono calore dal terreno tramite un collettore verticale o orizzontale, offrendo un’elevata efficienza energetica.
| Tipo di pompa di calore | Tipologia di appartamento |
|---|---|
| Pompa di calore geotermica | Villetta |
| Pompa di calore aria-aria | Monolocale o appartamento di piccole dimensioni |
| Pompa di calore aria-acqua | Appartamenti di 100 metri quadri |
| Pompa di calore acqua-acqua | Villetta |
Vantaggi e Svantaggi delle Pompe di Calore
Vantaggi
Le pompe di calore offrono diversi vantaggi che, al netto del maggiore costo di investimento, le rendono nettamente superiori alla maggior parte delle tecnologie di riscaldamento:
- Basse emissioni: Le emissioni di CO2 sono inferiori di circa il 90% rispetto a quelle emesse da un sistema di riscaldamento a gas.
- Risparmio sui costi di manutenzione: Nonostante un prezzo di acquisto più elevato rispetto ai sistemi di riscaldamento tradizionali a gas, il loro costo operativo è estremamente basso.
- Alta efficienza (COP): Converte l’energia elettrica utilizzata in una quantità di energia termica da 3 a 4 volte superiore. Un COP elevato significa che la pompa di calore è molto efficiente, poiché genera più calore consumando meno elettricità.
- Investimento sicuro e affidabile: La pompa di calore rappresenta il futuro del riscaldamento domestico. Un edificio dotato di pompa di calore non solo rispetta le normative ambientali, ma ne aumenta anche il valore immobiliare, grazie a un sistema di riscaldamento moderno ed efficiente.
- Elevata flessibilità: Le diverse soluzioni in pompa di calore presenti sul mercato rendono questa tecnologia molto versatile e adattabile a diverse soluzioni di installazione, in base a posizione e tipologia di edificio.
- Deterioramento basso: Una pompa di calore non genera temperature particolarmente elevate e dannose per i materiali.
Svantaggi
- Necessità di spazio per l’installazione: Tra i contro della pompa di calore, bisogna considerare le eventuali difficoltà di posizionamento dell’unità esterna, perché magari non è possibile installarla a vista sulla facciata dell’edificio.
- Alti costi d’installazione: Presentano alti costi d’installazione che variano in funzione di potenza, produttore , COP e della tipologia.
- Elevata rumorosità: Le pompe di calore presentano elevata rumorosità, sia per quanto riguarda la ventilazione dell’unità esterna, piuttosto elevata, e sia per i frequenti cicli di funzionamento della pompa stessa, che comportano continui avviamenti e arresti, in media i rumori sono pari a circa 50 decibel per l’unità esterna. Uno dei luoghi comuni sulle pompe di calore è che siano rumorose, poichè emettono un rumore costante che potrebbe disturbare il sonno dei residenti o addirittura dei vicini, in media sui 50 decibel. Più intenso è il lavoro della pompa, tanto più forte sarà il rumore, ed è per questo che le pompe di calore sono più rumorose in inverno, quando sono più stressate.
Costi delle Pompe di Calore
I prezzi delle pompe di calore dipendono da vari fattori fra cui la tipologia (aria-aria le più economiche, aria-acqua, geotermiche), la potenza termica, il COP e il marchio. I prezzi includono l’unità esterna e interna, i componenti principali del dispositivo e le funzioni di base per il riscaldamento/raffreddamento. Generalmente non sono inclusi i costi di installazione, di manutenzione, dell’impianto di distribuzione di calore e di eventuali costi su materiali aggiuntivi come tubi, cablaggi e raccordi.
In media, il costo di una pompa di calore di base va da 1.200 a 5.000 euro, ma esistono anche modelli più cari a seconda delle performance e delle caratteristiche. A questi costi, vanno aggiunti quelli relativi all’installazione, che possono differire in base al modello scelto e alla complessità del lavoro.
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| 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 |
Costo Stimato per un Appartamento di 100 mq
Per un appartamento di 100 metri quadrati e ben coibentato, il costo di una pompa di calore aria-aria (senza considerare i parametri citati precedentemente) può partire da un costo iniziale pari a 3.000 euro, mentre per abitazioni senza un buon isolamento il prezzo può salire fino a 9.000 euro, comprensivi di interventi di miglioramento interni.
Consumi Energetici
Una pompa di calore da 5 kW ha un assorbimento di energia che varia tra 500 Watt e 2000 Watt, ma il consumo effettivo di elettricità cambia durante il suo funzionamento.
Efficienza (COP)
Il COP (Coefficient of Performance) è un parametro che misura l’efficienza di una pompa di calore, e ci permette di capire quanta energia termica viene prodotta rispetto all’energia elettrica consumata. Un COP elevato significa che la pompa di calore è molto efficiente, poiché genera più calore consumando meno elettricità.
Le pompe di calore geotermiche verticali sono generalmente le più efficienti, soprattutto perché sfruttano la temperatura costante del terreno o dell’acqua di falda a profondità che variano dai 50 ai 150 metri. A differenza delle pompe aria-acqua o aria-aria, queste pompe non risentono delle variazioni stagionali, garantendo un COP più stabile e elevato anche durante l’inverno.
Al contrario, pompe di calore che utilizzano l’aria esterna come fonte di calore vedono il loro COP diminuire con l’abbassarsi della temperatura esterna, poiché devono lavorare di più per estrarre il calore.
Durata delle Pompe di Calore
La durata media di una pompa di calore varia generalmente tra i 15 e i 20 anni, influenzata da diversi fattori, ed è comparabile a quella delle caldaie tradizionali.
È importante sottolineare che una adeguata manutenzione, unita ad una pulizia dei filtri e dei controlli periodici del sistema, può allungare in modo significativo la vita dell’unità.
Fattori che Influenzano la Durata
- Dimensionamento corretto dell’impianto: Un’installazione accurata è fondamentale per garantire che la pompa di calore funzioni in condizioni ottimali fin dall’inizio. Il sistema deve essere dimensionato correttamente tenendo conto delle esigenze termiche della zona, del clima della zona. Un’installazione non adeguata può generare sollecitazioni meccaniche e inefficienze operative che accelerano l’invecchiamento del dispositivo, riducendone la durata di vita. Per questo è fondamentale affidarsi a professionisti qualificati e certificati per l’installazione della pompa di calore.
- Isolamento termico: Anche le condizioni di esercizio hanno un impatto importante sulla durata di vita delle pompe di calore. L’utilizzo prolungato in ambienti estremi, sia caldi che freddi, può sollecitare i componenti del dispositivo, accelerandone l’ invecchiamento.
- Manutenzione: Infine, la manutenzione occupa un ruolo determinante nel prolungare la vita utile di una pompa di calore. Una manutenzione periodica, che preveda la pulizia dei filtri, il controllo del refrigerante e l’ispezione dei componenti, può evitare malfunzionamenti e garantire un funzionamento efficiente della pompa di calore. La mancata manutenzione può causare problemi come l’accumulo di sporco e detriti, che riducono l’efficienza e aumentano il rischio di guasti. Investire in un piano di manutenzione professionale è un passo essenziale per garantire una lunga vita operativa della pompa di calore.
Suggerimenti per Migliorare l’Efficienza
- Massimizzare l’isolamento termico della casa verificando che pareti, tetto, pavimento, finestre e porte siano adeguatamente isolati per minimizzare le perdite.
- Affidarsi a un esperto: Per configurare e regolare la vostra pompa di calore in base al clima e alle specifiche della vostra abitazione.
- Mantenere la Temperatura Costante: Le pompe di calore operano meglio con un regime stabile, per esempio per alcune tipologie è poco efficiente se si sta fuori tutta la giornata spegnere il dispositivo, per altre viceversa (come vedremo dopo).
- Eseguire una Manutenzione Periodica: Pulizia dei filtri, controllo degli scambiatori di calore, verifica del circuito refrigerante e delle valvole.
Pompa di Calore Sempre Accesa?
Il funzionamento della Pompa di Calore (PdC) richiede un approccio diverso nella gestione del riscaldamento domestico rispetto ad una caldaia tradizionale, poiché il calore viene prodotto e distribuito in modo differente.
- Riscaldamento a pavimento o a soffitto Questi impianti richiedono tempo (circa 5 ore) per riscaldarsi o raffreddarsi, quindi la temperatura a cui viene impostata la pdc sarà pari a 25-30°C per garantire una temperatura stabile e una buona efficienza.
- Riscaldamento con fancoil I fancoil riscaldano rapidamente. Puoi spegnere la PdC quando la casa è vuota e programmarla per accendersi 20-30 minuti prima del rientro, sfruttando le ore più calde per ridurre i consumi.
- Riscaldamento con termosifoni Con i termosifoni, è meglio mantenere la PdC sempre accesa a 45-55°C. Spegnere e riaccendere riduce l’efficienza, quindi mantenerla costante aiuta a risparmiare.