Un’altra grande innovazione nel mercato energetico domestico è rappresentata dalle pompe di calore, dispositivi che permettono di riscaldare e raffrescare gli ambienti attraverso l’utilizzo di fonti rinnovabili, riducendo così i consumi energetici e le emissioni di CO2. Esistono molteplici tipologie di pompe di calore, ma nell’articolo di oggi affronteremo insieme quelle acqua-acqua, vedendo nel dettaglio le loro caratteristiche e il loro funzionamento!
Cos'è una 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 acqua-acqua è un generatore di calore che genera energia termica sfruttando le acquee di falda, come laghi e fiumi. Nello specifico, la pompa di calore acqua-acqua è un generatore di calore utilizzato per riscaldare e raffreddare, sfruttando le acquee di falda, come laghi e fiumi sotterranei. Questa soluzione tecnologica utilizza, quindi, l’acqua sia come sorgente fredda che come sorgente calda.
Come Funziona?
Una pompa di calore acqua-acqua sfrutta l'energia termica presente nell'acqua sotterranea per generare calore o raffrescare l'ambiente, avendo come spesa un limitato consumo di energia elettrica. Il sistema è formato da una serie di componenti principali, tra cui:
- Un circuito di fluido refrigerante
- Una pompa
- Una valvola di espansione
- Un evaporatore
- Un compressore elettrico
- Un condensatore
Il processo inizia con l'aspirazione dell'acqua calda di falda per farla passare attraverso l'evaporatore dove scambia energia termica con il fluido refrigerante. Il fluido refrigerante a bassa pressione passa attraverso il compressore, dove viene compresso e riscaldato a una temperatura molto alta.
A questo punto, il fluido stesso passa attraverso il condensatore, dove cede energia termica all'acqua del circuito di riscaldamento, riscaldando l'ambiente. La valvola di espansione, dunque, riduce la pressione del fluido refrigerante e lo fa espandere, riducendo così la sua temperatura.
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Volendo schematizzare cosa accade in una comune configurazione a circuito aperto per riscaldamento:
- 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.
Schema di una Pompa di Calore 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.
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Successivamente, se non esiste già, è fondamentale progettare e realizzare correttamente il pozzo. Affinché la resa energetica sia ottimale, il pozzo di estrazione deve avere una profondità compresa tra i 10 e i 30 metri.
Come abbiamo visto, esistono due tipologie di pozzi:
- quello di aspirazione, chiamato anche pozzo di estrazione che ha il compito di prelevare l’acqua di falda e portarla in superficie, dove viene diretta verso lo scambiatore di calore della pompa di calore acqua-acqua;
- quello di assorbimento, chiamato anche pozzo di drenaggio: che reintroduce l’acqua di falda raffreddata nel sottosuolo, permettendole di reintegrarsi nel ciclo naturale dell’acqua.
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.
Quindi, è fondamentale determinare la qualità della falda acquifera per verificare la sua idoneità all’uso in un sistema acqua-acqua. Il flusso d’acqua deve essere costante e privo di significative fluttuazioni stagionali per garantire un rendimento ottimale della pompa di calore durante tutto l’anno.
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È preferibile che la temperatura della falda rimanga stabile, riducendo così il fabbisogno energetico per il riscaldamento. La profondità della falda dovrebbe variare tra i 3 e i 30 metri sotto la superficie, evitando perforazioni troppo complesse.
Inoltre, il volume d’acqua deve essere sufficiente a soddisfare le esigenze dell’impianto, accessibile in modo sicuro e conforme alle normative locali.
Considerazioni sull’edificio
Prima di mettere in esercizio una pompa di calore acqua-acqua, è importante valutare anche l’edificio in cui sarà installata. 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
Le pompe di calore acqua-acqua presentano numerosi vantaggi, ma anche alcuni svantaggi.
Vantaggi
- Risparmio energetico: utilizzano l’energia termica dell’acqua sotterranea o di un lago, una fonte gratuita e rinnovabile con costi operativi ridotti. 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.
- 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 di una Pompa di Calore Acqua-Acqua
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.
Oltre al COP va considerato l’indice SCOP (coefficiente di prestazione stagionale) che valuta il funzionamento in base a diverse temperature dell’aria esterna ed indica il rapporto tra il fabbisogno annuo e il consumo elettrico annuo dedicato al riscaldamento.
L’indice SCOP può essere stimato da un progettista, utilizzando un software termotecnico in cui si mettono in correlazione i dati di progetto dell’abitazione, le condizioni climatiche della località di installazione e le prestazioni della pompa di calore alle diverse condizioni di esercizio.
Costi di una Pompa di Calore Acqua-Acqua
I prezzi di una pompa di calore acqua-acqua possono variare notevolmente a seconda della dimensione, della capacità e del modello specifico scelto. 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 € .
Fortunatamente, esistono incentivi fiscali come l'Ecobonus e il Conto Termico, che possono coprire fino al 65% delle spese sostenute, rendendo l'investimento più accessibile.
Consumi
In generale, una pompa di calore acqua-acqua può avere un consumo energetico medio compreso tra 4 e 8 kWh al giorno, a seconda delle caratteristiche della pompa di calore e dell'utilizzo previsto, arrivando a circa 1400-1800 kWh a stagione invernale.
Integrazione con 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.
Tabella Riassuntiva
| Aspetto | Dettagli |
|---|---|
| Funzionamento | Sfrutta l'energia termica dell'acqua sotterranea |
| Costi Iniziali | Elevati (6.000 € - 25.000 €) |
| Costi di Installazione | 3.500 € - 4.500 € (per 6 kW) |
| Consumi Medi | 4-8 kWh al giorno |
| Incentivi | Ecobonus, Conto Termico (fino al 65% di copertura) |
| Vantaggi | Risparmio energetico, alta efficienza, lunga durata |
| Svantaggi | Costi iniziali, requisiti specifici, manutenzione |