Il dimensionamento corretto di una pompa di calore (PdC) richiede una valutazione competente del carico termico necessario. Solo in questo modo si può scegliere consapevolmente se e quando sottodimensionare, anche se molti esperti sconsigliano questa pratica.
Fattori Determinanti nel Dimensionamento
Per un dimensionamento accurato, è fondamentale considerare diversi fattori:
- Temperatura minima esterna: Valutare la temperatura minima reale, corretta in base all'altezza rispetto al livello del mare, l'esposizione, la ventosità e la posizione dell'edificio (isolato o in centro abitato).
- Apporto di calore interno: Considerare il calore prodotto da elettrodomestici, cucina, illuminazione e dagli abitanti stessi, tenendo conto che questi fattori possono variare nel tempo.
Storicamente, le incertezze legate a questi fattori hanno portato ad essere cauti nel sottodimensionare. Inoltre, in passato, la differenza di costo tra una caldaia da 10 kW e una da 35 kW era minima.
Metodi di Calcolo
Il calcolo dinamico, pur essendo un metodo accurato, presenta delle sfide:
- Richiede molte informazioni e tempo per una simulazione corretta.
- L'utilizzo di software costosi è necessario (a parte quelli gratuiti, spesso poco efficaci).
- Esistono diversi metodi validi, ma non tutti concordano su quale sia il migliore.
In sintesi, il calcolo dinamico può risultare troppo aleatorio in edifici residenziali.
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Resa della Pompa di Calore: Chi la Garantisce?
La resa della PdC è garantita dal produttore, ma la sua misurazione reale richiede apparecchiature sofisticate e costose per controllare il ciclo termodinamico (pressioni, temperature del refrigerante), l'assorbimento elettrico e personale specializzato.
Inoltre, se la resa è calcolata a -5°C e si verifica un inverno particolarmente rigido, la PdC risulterà sottodimensionata.
Coordinate dell'Intervento: Un Esempio Pratico
Le soluzioni per l'installazione di una PdC sono molteplici e dipendono dal contesto specifico. Consideriamo uno scenario comune: la sostituzione di un impianto esistente con caldaia e radiatori con una pompa di calore aria-acqua per riscaldamento e acqua calda sanitaria (ACS).
Supponiamo un appartamento di 100 mq a Firenze (zona climatica D, temperatura di progetto 0°C) con un indice di prestazione energetica di 80-100 kWh/mq anno.
Dimensionamento e Impianto Elettrico
Il dimensionamento ideale si basa sull'analisi delle bollette e sul metodo della "firma energetica" o sulla valutazione delle dispersioni con metodo dinamico secondo la UNI EN 52016.
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Considerando un appartamento in un edificio esistente poco isolato, la potenza necessaria potrebbe essere di 8-10 kW. Per erogare 8 kWh con un COP di 3, sarà necessaria una potenza elettrica di 2,7 kW (circa 13-16A monofase). Se si prevede un consumo aggiuntivo di 2-3 kW per altre utenze, si può rimanere nel sistema monofase.
Tuttavia, in una casa senza gas, con un piano a induzione che richiede 3-4 kW, potrebbe essere necessario passare al trifase.
Componenti Necessari per la Realizzazione
I componenti principali per l'installazione di una PdC sono:
- Pompa di calore (unità esterna)
- Scambiatore di calore gas frigorigeno-acqua tecnica per riscaldamento e ACS
- Valvola a tre vie deviatrice per circuito riscaldamento e ACS e valvola di non ritorno
- Pompa di circolazione
- Boiler acqua calda sanitaria
- Volano termico riscaldamento
- Valvola di sicurezza
- Gruppo di caricamento, addolcitore/dosatore polifosfati, filtro a Y / filtro magnetico (non forniti ma necessari)
L'utilizzo di componenti non coordinati può richiedere più spazio rispetto ai gruppi preassemblati, anche se questi ultimi potrebbero non essere adatti a tutte le esigenze.
Monoblocco o Splittata: Le Differenze
Esistono due tipologie principali di pompe di calore: monoblocco e splittata.
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Nelle pompe di calore monoblocco, l'unità esterna ospita anche lo scambiatore a piastre gas/acqua, la pompa di circolazione, la valvola di sicurezza e le resistenze (opzionali). Questo rende l'unità esterna più grande.
Nelle pompe di calore splittate, questi componenti sono inseriti nell'unità interna. La parte elettronica è suddivisa tra unità esterna e interna. Nella monoblocco, tutta l'elettronica si trova nell'unità esterna.
Le dimensioni delle unità esterne per una potenza di 8-10 kW sono indicative:
- Monoblocco: circa L140xP50xH90 cm
- Splittata: da 90x40x75h a 95x50x100h cm (a seconda del produttore)
Spazi di Rispetto
È fondamentale rispettare gli spazi minimi attorno all'unità esterna, indicati dal produttore nella scheda tecnica, per garantire un adeguato scambio termico e prevenire il blocco della macchina. Generalmente, si consigliano 30 cm per lato in direzione parallela al lato lungo e dietro l'aspirazione dell'evaporatore, e almeno 50-60 cm di fronte all'espulsione dell'aria.
Con queste dimensioni, è possibile installare la pompa di calore in giardino, sul tetto (se all'ultimo piano) o, con soluzioni compatte, su una terrazza.
Soluzioni di Installazione e Spazi Necessari
Oltre all'unità esterna, è necessario considerare lo spazio per il bollitore ACS, il vaso inerziale per il circuito riscaldamento e la valvolame (valvola deviatrice a tre vie, valvola di sicurezza, gruppo reintegro, filtri e addolcitori).
Si possono prefigurare tre soluzioni, dalla più ingombrante (ma con rendimenti potenzialmente più alti) alla meno ingombrante (ma anche meno conveniente):
01. Locale Tecnico
Un locale tecnico di circa 3mt x 2mt può essere sufficiente, soprattutto se si utilizza una pompa di calore splittata. Nel caso di una monoblocco, lo spazio necessario si riduce al bollitore ACS, all'inerziale e alla valvola a tre vie.
Esempio con Daikin:
- Unità esterna ERGA 08 EVH7 (89x39x74H)
- Bollitore ACS EHSX 0830E (59x61x189H)
- Inerziale da 200 litri
Esempio con Stiebel Eltron:
- Unità esterna HPA-0 10C PREMIUM (149x52x105h cm)
- Unità interna a pavimento HSBC-200S (68x88x191 cm)
02. Armadio Tecnico
In questa soluzione, l'unità esterna è collegata tramite tubazioni di refrigerante a un armadio tecnico interno che ospita tutti gli altri componenti.
Esempio con Immergas:
- Magis Combo 9 Plus V2 (101x38x94h cm)
- Armadio tecnico Basic Magis Pro (95x43x220h cm)
- Inerziale da 50 litri (da montare sopra l'armadio)
Esempio con Clivet:
- CLIVET SPHERA EVO 2.0 INVISIBLE unità esterna modello 4.1 (104x44x86)
- Armadio (95x36x220)
- Vaso inerziale (da aggiungere sopra, circa 40-50 cm)
03. Due Pompe di Calore Separate (Riscaldamento e ACS)
Questa soluzione ottimizza lo spazio interno, utilizzando una pompa per il riscaldamento e una per l'ACS. Quest'ultima avrà dimensioni simili a un tradizionale scaldabagno elettrico.
Esempio con Immergas:
- MAGIS M8 per il riscaldamento (140x52x86) con inerziale sotto (42x91x45H)
- Scaldacqua Rapax (100L o 200L, es. 200L: 65x65x160Hcm)
Esempio con Clivet e Ariston:
- CLIVET EVO 4.1 per il riscaldamento (con inerziale: circa 140x52x130H cm)
- Ariston Nuos WIFI (60 cm di diametro per 173 altezza)
Considerazioni Aggiuntive
La scelta della pompa di calore dipende dalle caratteristiche dell'abitazione, dal budget disponibile e dai rendimenti desiderati. Una maggiore resa e affidabilità spesso si traducono in dimensioni maggiori degli scambiatori, fondamentali per un efficiente trasferimento del calore.
Confronto Rendimenti (Esempi)
Soluzione 1 (Stiebel Eltron):
- 7A/ 55W - COP 3,16
- -2A/55W- COP 2,82
- -7A/55W - COP 2,62
Soluzione 1 (Daikin):
- 7A/ 55W - COP 2,50
- -2A/55W- COP 2,11
- -7A/55W - COP 1,57
A=temperatura Aria, W=temperatura Acqua
Questi COP possono essere sfruttati sia per riscaldamento che per l'ACS (con acqua calda settata a 48° per COP potenzialmente superiori).
La soluzione 03 può essere valida per il riscaldamento se si utilizza una monoblocco efficiente, ma la produzione di ACS con una pompa di calore miniaturizzata e scambi limitati potrebbe non raggiungere rendimenti elevati.
La soluzione 02, pur essendo sicura dal punto di vista installativo, potrebbe essere meno flessibile e modificabile.
Dimensionamento Corretto e Nuova Normativa
Con un dimensionamento corretto della pompa di calore, non si corre il rischio di rimanere al freddo. La nuova normativa ha sostituito l'attestato di certificazione energetica (ACE) con l'attestato di prestazione energetica (APE). Per evitare problemi, è consigliabile valutare attentamente le proprie esigenze.
Ad esempio, l'unità esterna Mitsubishi Ecodan SUZ-SWM40VA assicura una potenza termica utile della pompa di calore di 5,00 kW con COP 3,13 alla temperatura esterna di -7 °C ed una mandata 35 °C.
Fattori Aggiuntivi da Considerare
Nella scelta della pompa di calore, è importante valutare:
- Tipologia dell'involucro esterno (pareti, tetto, pavimento): una casa in pietra, ad esempio, ha dispersioni maggiori rispetto a una casa in cemento armato.
- Esposizione dell'appartamento.
- Temperature di funzionamento del generatore (soprattutto in zone con climi rigidi).
Si consiglia di affidarsi a un termotecnico per un progetto accurato che determini la taglia della pompa di calore più adatta. Le pompe di calore possono essere splittate o monoblocco, con costi che variano in base alla qualità e alla tecnologia utilizzata.
Pompa di Calore e Fotovoltaico: Una Scelta Vincente
L'abbinamento di una pompa di calore con un impianto fotovoltaico massimizza l'efficienza energetica e riduce i costi operativi. Le detrazioni fiscali e il Conto Termico possono abbattere nel tempo il costo di installazione della pompa di calore.
Costi e Benefici
I costi di installazione di una pompa di calore sono superiori a quelli di una caldaia, ma i benefici sono significativi: consumi energetici inferiori, risparmio sui costi di esercizio (40-60%) e maggiore efficienza.
Consumi e Isolamento Termico
Anche se le pompe di calore sono efficienti, i costi della bolletta elettrica aumentano. La temperatura della sorgente rinnovabile sfruttata dalla pompa di calore è un fattore determinante per i consumi. Un buon isolamento termico è fondamentale per l'efficacia della pompa di calore: una casa ben isolata richiede meno energia per il riscaldamento.
Ad esempio, la spesa per la produzione di acqua calda sanitaria può passare da 345 euro/anno con una caldaia a condensazione a soli 154 euro con una pompa di calore.
| Temperatura Aria | Temperatura Acqua | COP (Stiebel Eltron) | COP (Daikin) |
|---|---|---|---|
| 7°C | 55°C | 3.16 | 2.50 |
| -2°C | 55°C | 2.82 | 2.11 |
| -7°C | 55°C | 2.62 | 1.57 |