Le pompe di calore sono dispositivi che prelevano calore da fonti naturali per riscaldare e raffrescare gli ambienti domestici, oltre a produrre acqua calda sanitaria. La pompa di calore è un sistema di riscaldamento, ma anche una tecnologia che può essere applicata a prodotti diversi.
Cos'è e come funziona una pompa di calore?
Quando si parla di pompa di calore come generatore di calore ci si riferisce a un apparecchio capace di prelevare calore da una fonte energetica naturale (come l‘aria esterna, il terreno o l‘acqua) - quindi rinnovabile, gratuita e sicura - e trasferirlo a un ambiente, sia per riscaldare sia per raffrescare gli ambienti. Hai presente come funziona un frigorifero? Bene, un generatore in pompa di calore sfrutta lo stesso principio (ciclo di Carnot), solo che all'inverso. Sia il frigorifero sia la pompa di calore trasmettono l‘energia termica a un refrigerante speciale, che viene fatto evaporare.
Un frigorifero, al contrario, rilascia il calore del refrigerante riscaldato attraverso lo scambiatore di calore direttamente all‘aria nella stanza in cui si trova. Una valvola di laminazione, infine, riduce la temperatura e la pressione del gas, in modo da farlo tornare allo stato liquido. In parole semplici, la pompa di calore estrae il calore da una fonte naturale (aria, acqua o terra) e lo trasporta dentro l’abitazione alla temperatura desiderata, in base allo specifico impianto di riscaldamento.
Grazie al compressore, un gas viene compresso e questo aumento di pressione genera calore. Viceversa, l’espansione dello stesso gas compresso in precedenza genera raffrescamento. Quindi, con questo sistema è possibile non solo riscaldare gli ambienti, ma anche rinfrescarli.
Inoltre, la pompa di calore può produrre acqua calda sanitaria, quando si associa un boiler d’accumulo. In pratica, una pompa di calore prende l’energia termica dall’aria, dall’acqua o da un terreno e la trasferisce a un fluido refrigerante che viene di seguito compresso e fatto circolare in un circuito chiuso. Il fluido refrigerante assorbe il calore dall’ambiente esterno, assumendo forma gassosa e aumentando la sua temperatura.
Leggi anche: Vantaggi Caldaie a Pompa di Calore
A questo punto, il gas viene fatto passare attraverso un condensatore, dove il calore viene ceduto all'acqua, poi utilizzata per il riscaldamento degli ambienti. Successivamente il gas viene riportato allo stato liquido attraverso una valvola di espansione e poi immesso nuovamente nel circuito.
Componenti principali di una pompa di calore:
- Compressore
- Evaporatore
- Condensatore
- Valvola di espansione
Il condensatore e l’evaporatore sono elementi formati da alcuni tubi (gli scambiatori di calore) a contatto diretto con acqua o aria (il fluido di servizio) e al cui interno è presente il fluido refrigerante.
Vantaggi delle pompe di calore
Decidere di installare una pompa di calore ad alta efficienza può rivelarsi davvero vantaggioso, perché ti permette di avere un unico impianto per il riscaldamento e il raffrescamento della tua casa, oltre che per la produzione di acqua calda per uso sanitario. Le pompe di calore utilizzano energia rinnovabile dall'ambiente esterno. Acqua, aria e terreno (e calore residuo) sono fonti energetiche primarie praticamente gratuite e che possono essere utilizzate per far funzionare un sistema a pompa di calore in modo efficiente.
La pompa di calore è considerata una tecnologia ad alto risparmio energetico perché per produrre il calore utilizza le fonti di energia naturali presenti in natura, come l’aria, l’acqua o la terra. Ed è proprio in base alle diverse fonti di energia che si distinguono i vari tipi di pompe di calore.
Vantaggi principali:
Leggi anche: Quale pompa di calore scegliere: compressione o assorbimento?
- Sostenibilità ambientale: Una pompa di calore è in grado di climatizzare gli ambienti e produrre acqua calda sanitaria in maniera sostenibile perché sfrutta una fonte rinnovabile gratuita.
- Efficienza energetica: Giusto per darti una dimensione, un generatore in pompa di calore ad acqua produce energia termica da 3 a 6 volte superiore i kW elettrici consumati. Ciò significa che per ogni kWh elettrico consumato vengono prodotti 3-6 kWh di energia termica.
- Risparmio: Produrre energia termica utilizzando una fonte rinnovabile gratuita assicura, in linea generale, un risparmio sui costi di riscaldamento.
- Riscaldamento e raffrescamento: Le pompe di calore reversibili possono essere utilizzate non solo per riscaldare, ma anche per la climatizzazione estiva degli ambienti.
- Valore della casa: Il valore della casa aumenta.
- Zero canne fumarie: Non è necessaria la combustione diretta di gas o altri materiali, ma è sufficiente la sola corrente elettrica per attivare il compressore.
Ecco perché è conveniente installare questi sistemi in abbinamento a un impianto fotovoltaico: si ottimizza l’autoconsumo utilizzando l’energia elettrica prodotta dal fotovoltaico anche per alimentare la pompa di calore e quindi producendo riscaldamento e raffrescamento.
Le pompe di calore usufruiscono dell’Ecobonus con detrazioni fiscali del 65% in 10 anni o del Conto Energia Termico. 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.
Tipologie di pompe di calore
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.
Leggi anche: Guida all'Acquisto Caldaia a Pompa 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).
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. È comunque un sistema abbastanza complesso da realizzare, in quanto richiede uno un’analisi specialistica e approfondita del sottosuolo e comporta un investimento significativo.
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. La pompa estrarrà calore da una sorgente naturale già di per sé tiepida e questo incide molto positivamente sull’efficienza della stessa. 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.
Come scegliere una pompa di calore
Ecco alcuni aspetti da considerare quando si valuta l’acquisto di una pompa di calore:
- La posizione geografica dell’abitazione e la presenza o meno di sbalzi di temperatura significativi.
- Gli indici COP ed EER, ossia il Coefficiente di Prestazione Energetica (per riscaldamento) e il Rapporto di Efficienza Energetica (per il raffrescamento).
- Tipo di impianto esistente. Il funzionamento più efficiente di una pompa di calore si ha con impianti a bassa temperatura, come il pavimento radiante.
- Zona climatica in cui si vive. Le pompe di calore aria-acqua sono le più diffuse, perché la fonte energetica che sfruttano è più facile da utilizzare. A livello di prestazioni, però, questo tipo di pompa di calore è influenzata dalle condizioni climatiche.
- Spazi per l’installazione. In genere l’installazione di una pompa di calore richiede uno spazio maggiore, rispetto a una caldaia.
- Silenziosità .Le unità esterne, dove è alloggiato il compressore, potrebbero rivelarsi particolarmente rumorose mentre la pompa di calore è in funzione.
Indici COP e SCOP: Efficienza Energetica
Il COP (Coefficient of Performance) e l‘SCOP (Seasonal Coefficient Of Performance) sono i parametri che individuano l’efficienza di una pompa di calore. È dato dal rapporto tra potenza termica prodotta e potenza elettrica assorbita.
Indice di Efficienza Energetica (EER): questo parametro indica il rendimento delle pompe di calore quando sono in modalità raffrescamento.
Ad esempio, se la pompa di calore sta fornendo 4 kW all'impianto di riscaldamento con un consumo elettrico di 1 kW, il COP risulta pari a 4. In queste condizioni, per ogni kWh di energia elettrica consumata la pompa di calore produce 4 kWh di energia termica. La grandezza analoga che misura l‘efficienza della pompa di calore sull'intera stagione invernale si chiama SCOP (Seasonal Coefficient Of Performance).
Costi e manutenzione
Iniziamo subito col dire che esistono grandi differenze di costo o prezzo a seconda delle fonte di energia ambientale che si sceglie di utilizzare. Mentre una pompa di calore ad aria non richiede quasi nessuna tecnologia aggiuntiva, una pompa di calore ad acqua, ad esempio, richiede la necessità di creare pozzetti o fori per le sonde attraverso i quali l'acqua di falda viene trasportata al generatore e riportata nel terreno. Anche la destinazione d'uso del generatore può incidere sui costi finali. Ci sono pompe di calore che servono solo per riscaldare casa, altre, invece, che sono reversibili e possono funzionare anche per raffrescarla in estate.
Per le pompe di calore, il controllo di efficienza energetica (basato sulla misura del rendimento in condizioni di funzionamento) oggi di fatto non si può fare, perché manca una norma tecnica del CTI (Comitato Termotecnico Italiano) che ne stabilisca le procedure. Per quanto riguarda la manutenzione ordinaria, le tempistiche non sono stabilite dalla normativa, ma vengono decise in base alle prescrizioni riportate nel libretto d’uso e manutenzione. Le operazioni di manutenzione e controllo di efficienza energetica, invece, devono essere eseguite da imprese abilitate ai sensi del Decreto del Ministro per lo Sviluppo Economico 22 gennaio 2008, n.
Un importante controllo al quale è obbligatorio sottoporre alcune pompe di calore è quello sulle eventuali perdite di gas refrigerante. In particolare, è obbligatorio eseguire verifiche periodiche quando la pompa di calore contiene quantità pari o superiori a 5 tonnellate equivalenti di CO₂, 10 tonnellate se ermeticamente sigillate ed etichettate come tali.
Grazie alla relativa “semplicità” della tecnologia i sistemi moderni di qualità hanno una vita lunga, generalmente di 20-25 anni. Il costo effettivo dipende dalla facilità di accesso all’unità esterna o dalla tipologia stessa della macchina (ad esempio, se funziona solo in riscaldamento o anche in raffrescamento).
Esempi di modelli Viessmann
Nella tecnologia della pompa di calore Viessmann è pioniere e nella sede tedesca di Allendorf progetta, sviluppa e produce una vasta selezione di generatori di assoluta qualità che sfruttano tutte le fonti di calore.
In questa categoria, ad esempio, nel caso delle soluzioni proposte da Viessmann troviamo Vitocal 222-S, pompa di calore reversibile con bollitore per l’acqua calda sanitaria integrato da 210 litri in classe A+++/A+++ (Scala da G ad A+++). Questa soluzione ha un COP in riscaldamento fino a 5.0, tra i più alti della categoria.
Di questa categoria nel mondo Viessmann troviamo, ad esempio, Vitocal 100-A, una soluzione per tutte le esigenze e le condizioni ambientali. Disponibile in due versioni (a incasso Kit Compact "no gas" e Kit Compact Hybrid, ovvero sistema ibrido in pompa di calore con caldaia a condensazione). Tutta la gamma Vitocal 100-A è stata progettata per garantire la massima efficienza 365 giorni l’anno, ottimizzando le prestazioni sia in riscaldamento che in raffrescamento, con temperature di mandata che raggiungono i 60°C e una classe energetica al vertice di categoria (A+++).
E' possibile trovare sul mercato anche soluzione combinate, dove una pompa di calore è abbinata a una caldaia a condensazione, come la pompa di calore Vitocaldens 222-F di Viessmann. La gamma di sistemi ibridi certificati Viessmann è la più ampia sul mercato: si tratta di 8 soluzioni differenti per il mondo residenziale, con caldaie a condensazione fino 35 kW e pompe di calore fino a 16 kW monoblocco o splittate.
Tabella riassuntiva dei vantaggi
| Vantaggio | Descrizione |
|---|---|
| Sostenibilità | Utilizzo di fonti rinnovabili gratuite |
| Efficienza energetica | Alto COP e SCOP, maggiore energia termica prodotta per kWh consumato |
| Risparmio | Riduzione dei costi di riscaldamento e raffrescamento |
| Versatilità | Riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria |
| Aumento del valore immobiliare | Miglioramento della classe energetica dell'immobile |
| Assenza di emissioni dirette | Nessuna canna fumaria necessaria |