Riscaldare la propria casa con una pompa di calore può essere una soluzione conveniente per molte persone. Le pompe di calore sono sempre più diffuse nelle case degli italiani: sono unità in grado di riscaldare in inverno e, se reversibili, possono anche raffreddare in estate.
Cos'è una pompa di calore?
Una pompa di calore per il riscaldamento è un sistema che utilizza l’energia termica presente nell’aria, nel terreno o nell’acqua per produrre calore. La pompa di calore è un apparecchio che permette di raffreddare la casa in estate e di riscaldarla in inverno. Spesso nella terminologia comune il termine “reversibile” è omesso e viene indicato “solo riscaldamento” nel caso in cui la pompa di calore non sia in grado di raffrescare.
Come funziona una pompa di calore
La pompa di calore trasferisce energia dall’esterno verso l’interno con l’aiuto dell’ambiente: in estate raffredda la casa estraendo calore dall’interno e mandandolo all'esterno, in inverno funziona in maniera opposta. Questo processo avviene mediante un particolare fluido refrigerante, il cui cambiamento di stato comporta l’acquisizione o la cessione di calore. Come appena descritto, la pompa di calore acquisisce energia dall’ambiente esterno che, per definizione, è Energia Rinnovabile.
Principio di funzionamento di una pompa di calore
Il principio di funzionamento di una pompa di calore è simile a quello di un elettrodomestico che utilizziamo ogni giorno: il frigorifero. L'unica differenza è che mentre il frigorifero estrae il calore dal suo interno per mantenerlo fresco e lo rilascia nell'ambiente, la pompa di calore estrae il calore dall'ambiente per riscaldare l'interno di una casa.
L'ambiente ci offre diverse fonti di calore che una pompa di calore può sfruttare: l'aria, il terreno e le acque di falda e, meno in alcuni casi, anche le acque di superficie, come laghi o fiumi. Queste fonti di calore sono disponibili gratuitamente e in quantità illimitata. Tuttavia, la loro temperatura di partenza è troppo bassa per poterle utilizzare direttamente per il riscaldamento degli ambienti o per la fornitura di acqua calda.
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La pompa di calore sfrutta un processo termodinamico basato sul passaggio di fase del refrigerante e in particolare sulla stretta correlazione tra pressione e temperatura: il compressore aumenta la pressione del vapore del refrigerante e allo stesso tempo ne aumenta anche la temperatura. In questo modo il refrigerante, condensando, riesce a scaldare l’acqua dell'impianto portandola ad un livello termico soddisfacente per contribuire al riscaldamento dell'ambiente domestico e alla fornitura di acqua calda.
Struttura e componenti di una pompa di calore
Il fluido refrigerante svolge un ruolo centrale nel funzionamento di una pompa di calore: si tratta di un fluido con un punto di ebollizione estremamente basso che subisce una serie di trasformazioni in 4 fasi all'interno dei diversi componenti del circuito chiuso del sistema. Di seguito, un'illustrazione del funzionamento di una pompa di calore durante il periodo invernale:
- Fase 1: All'interno dell'evaporatore, l'energia termica dell'ambiente (dall’aria, dall’acqua o dal sottosuolo) viene trasferita al fluido refrigerante per mezzo di uno scambiatore di calore. Questo provoca l'evaporazione completa del refrigerante che ha una temperatura inferiore dell'ambiente esterno.
- Fase 2: Nel compressore, il refrigerante - ora in stato gassoso - viene compresso e riscaldato da un compressore azionato elettricamente.
- Fase 3: Nel condensatore, il fluido refrigerante, ora in stato gassoso e riscaldato, viene sottoposto a condensazione e torna allo stato liquido. In questo processo, il calore viene estratto dal gas caldo attraverso un altro scambiatore di calore e trasferito all'accumulatore di calore del sistema di riscaldamento, alla temperatura di mandata desiderata. Questo calore viene usato per scaldare l'ambiente casalingo, per esempio riscaldando l'aria dei termoconvettori o l'acqua che scorre nelle tubazioni del sistema di riscaldamento a pavimento.
- Fase 4: All'interno dell'espansore, il fluido refrigerante passa attraverso la valvola e così si raffredda, tornando nuovamente a pressione e temperatura originali.
In una pompa di calore acqua glicolica/acqua o in una pompa di calore acqua/acqua, un circuito trasporta il calore ambientale dal terreno o dalle acque di falda alla pompa di calore.
Nel caso della pompa di calore aria/acqua, un ventilatore assicura un apporto costante di calore ambientale alla pompa di calore.
Pompa di calore monoblocco e split: cosa significano?
Per le pompe di calore aria/acqua si sono affermati due sistemi fondamentalmente diversi tra loro: il sistema pompa di calore monoblocco e il sistema pompa di calore split. La differenza più grande tra queste due soluzioni è che in un'unità monoblocco tutti i componenti tecnici importanti per il processo di recupero del calore sono raccolti in un'unica unità, mentre con un sistema split sono distribuiti su due unità. Entrambi i sistemi presentano vantaggi e svantaggi specifici.
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Pompa di calore monoblocco
Il sistema pompa di calore monoblocco è più semplice, in quanto raccoglie tutti i componenti in un'unica unità. Le pompe di calore monoblocco si posizionano all'esterno e sono ideali per chi non dispone di molto spazio all'interno dell'abitazione. Uno svantaggio invece è il potenziale congelamento dell’acqua di impianto in caso di climi molto rigidi.
Pompa di calore split
Uno dei vantaggi più importanti del sistema pompa di calore split è la sua massima flessibilità. I componenti possono essere posizionati in modo estremamente flessibile e non si presenta il rischio di congelamento dell'acqua dell'impianto. Uno svantaggio è rappresentato invece dal fatto che le tubazioni del fluido refrigerante devono essere installate da uno specialista dedicato e, a seconda della distanza tra l'unità esterna e quella interna e della quantità di refrigerante utilizzata, sono richiesti controlli regolari.
Efficienza di una pompa di calore
Uno dei principali vantaggi delle pompe di calore è la loro efficienza energetica. L'efficienza di una pompa di calore è misurata calcolando il rapporto tra il calore a disposizione per riscaldare l'ambiente e l'energia elettrica consumata per ottenerlo. Maggiore è il rapporto, maggiore è l'efficienza della pompa di calore. A seconda della fonte di calore (aria, terra o acqua), un impianto di riscaldamento può produrre fino a 5 chilowattora di calore con 1 chilowattora di elettricità.
I fornitori di pompe di calore documentano il valore COP (Coefficient of Performance, coefficiente di prestazione) e/o un valore SCOP (Seasonal Coefficient of Performance, coefficiente di prestazione stagionale) per i loro sistemi. Come anticipato, questi valori mettono in rapporto la produzione di calore e l'energia elettrica da utilizzare per la produzione di calore. COP e SCOP sono valori determinati in condizioni di prova specifiche in laboratorio.
E’ importante guardare il COP, che indica l’efficienza della pompa di calore. Come esempio, un valore COP=4 è ormai “comune”; questo significa che per ogni kW di energia consumato (=energia elettrica) ben 4 kW sono resi all’interno della casa. Tuttavia, l’alta efficienza delle pompe di calore richiede una quantità di elettricità contenuta, con la possibilità di diminuire i costi energetici fino al 30-40% in confronto a un impianto tradizionale.
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Come funziona una pompa di calore in inverno?
Parlare di calore ambientale in inverno può sembrare un po' azzardato. Tuttavia, finché la temperatura della fonte di calore (aria, terra o acqua) è superiore al punto di ebollizione del refrigerante che trasporta l'energia termica, il calore ambientale può essere utilizzato in modo efficiente per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda. Le pompe di calore Vaillant, per esempio, possono funzionare anche con una temperatura esterna di -25°C.
Sistema monovalente e bivalente con una pompa di calore: cosa significa
Esistono due modalità di funzionamento per le pompe di calore: funzionamento monovalente e bivalente. La scelta della modalità di funzionamento dipende principalmente dalla situazione strutturale.
Nel funzionamento monovalente, la pompa di calore è utilizzata come unica fonte di energia per il riscaldamento. In questo caso, le condizioni di installazione giocano un ruolo importante: migliore è l'ottimizzazione energetica di un edificio (isolamento dell'involucro edilizio e delle tubature che trasportano l'acqua calda) e minore è la temperatura di mandata richiesta, maggiore sarà l'efficienza energetica della pompa di calore.
Nel funzionamento bivalente, la pompa di calore è combinata con altre soluzioni di riscaldamento. Questa modalità di funzionamento è particolarmente richiesta quando un edificio, soprattutto se vecchio, non è o non può essere ottimizzato in termini di prestazioni energetiche complessive (migliorandone l'isolamento, per esempio) e richiede quindi temperature di mandata particolarmente elevate. Tutte le tecnologie convenzionali sono adatte come sistemi di riscaldamento supplementare, sia che si tratti di riscaldamento a gas, a pellet oppure a legna. È particolarmente interessante la combinazione con un sistema solare termico per la fornitura di acqua calda.
Come funziona la pompa di calore per il raffrescamento?
A differenza di tutte le altre tecnologie di riscaldamento, le pompe di calore possono essere utilizzate anche per raffreddare gli spazi abitativi in estate. Il presupposto è che la pompa di calore sia progettata per essere reversibile, cioè che il processo termodinamico dell'unità possa funzionare anche al contrario: In questo caso, la pompa di calore estrae calore dagli spazi abitativi e lo trasferisce all'ambiente (aria, terra o acqua). L'umidità dell'ambiente deve essere monitorata tramite il sistema di controllo per evitare la formazione di condensa.
Un'altra soluzione disponibile è rappresentata dal raffrescamento passivo, che può essere realizzato solo con una pompa di calore acqua glicolica-acqua o acqua-acqua. La pompa di calore non è completamente attiva e il calore dell'edificio viene trasferito alla fonte di energia solo dalla pompa di circolazione.
Pompa di calore e termosifoni: è possibile?
Un’altra caratteristica importante delle pompe di calore per il riscaldamento è la loro flessibilità. Le pompe di calore possono essere utilizzate con i termosifoni come sistema di riscaldamento per la propria casa. In generale, utilizzare una pompa di calore con i termosifoni può. In primo luogo, è importante considerare la temperatura di mandata della pompa di calore. In generale, le pompe di calore aria-acqua hanno una temperatura di mandata più bassa rispetto alle pompe di calore geotermiche. Ciò è dovuto al fatto che l’aria esterna ha una temperatura più bassa rispetto al terreno.
Una temperatura di mandata troppo bassa può causare una scarsa efficienza del sistema di riscaldamento, mentre una temperatura troppo alta può causare surriscaldamento. In secondo luogo, è importante tenere presente che le pompe di calore sono più efficienti in un ambiente con temperature più basse.
Costi di una pompa di calore
In generale, le pompe di calore geotermiche sono le più costose da acquistare e installare rispetto alle pompe di calore aria-acqua o aria-aria. Le pompe di calore aria-acqua e aria-aria sono in genere meno costose rispetto alle pompe di calore geotermiche, ma comunque il costo dipende dalla potenza della pompa di calore e dalle dimensioni della casa. Inoltre, i costi di installazione e manutenzione devono essere considerati nell’analisi dei costi complessivi di una pompa di calore.
L’installazione di una pompa di calore può essere effettuata solo da un tecnico qualificato e i costi di installazione possono variare a seconda della difficoltà dell’installazione. In generale, i costi di una pompa di calore possono essere recuperati nel tempo attraverso i risparmi sui costi energetici. Le pompe di calore sono molto efficienti dal punto di vista energetico e possono aiutare a risparmiare molto sui costi di riscaldamento a lungo termine.
Incentivi per le pompe di calore
Sì, sono disponibili. In Italia puoi usufruire degli incentivi Ecobonus, che offre detrazioni fiscali per interventi di efficientamento energetico. Inoltre, sono disponibili anche detrazioni Irpef per interventi di ristrutturazione edilizia e manutenzione ordinaria e straordinaria, racchiuse all’interno del Bonus Casa. Infine, il Conto Termico è un contributo statale messo a disposizione di aziende e privati che incentiva interventi sia per l'incremento dell'efficienza energetica che per la produzione di energia da fonti rinnovabili. Rimane tuttavia importante verificare i requisiti specifici e le normative vigenti, poiché possono variare nel tempo.
Fattori che influenzano l'efficienza della pompa di calore
La temperatura esterna è sicuramente il primo fattore che incide sull’efficienza, in particolare con la tecnologia ad aria (aria-aria o aria-acqua), ma intervengono anche la qualità dell'installazione e manutenzione, e l'uso di termostati programmabili per ottimizzare il consumo energetico. Altri elementi rilevanti includono il grado di isolamento dell'edificio che influisce sulla dimensione corretta dell'unità e il coefficiente di prestazione (COP) dell'apparecchio.
Pompe di calore e sistemi solari termici
Le pompe di calore e i sistemi solari termici possono lavorare bene insieme per aumentare l'efficienza energetica di un'abitazione. Il sistema solare termico raccoglie l'energia solare per riscaldare l'acqua o supportare il riscaldamento, riducendo il lavoro necessario alla pompa di calore. Nei periodi di scarsa insolazione, la pompa di calore può entrare in funzione per garantire il comfort necessario. Questa combinazione può ridurre i costi energetici e l'impatto ambientale complessivo.
Come scegliere la dimensione giusta di una pompa di calore
Per scegliere la giusta dimensione di una pompa di calore per la tua casa, entrano in gioco diversi elementi: la grandezza della casa, il livello di isolamento termico, il numero di finestre, l'altezza dei soffitti e il clima della tua zona sono sicuramente i principali. Con l’aiuto di un professionista, sarà necessario effettuare un calcolo del carico termico, per determinare le esigenze specifiche della tua abitazione e procedere al dimensionamento. In questo modo, garantirai un'installazione corretta e risparmierai sui costi energetici a lungo termine.
Pompe di calore e sostenibilità ambientale
Le pompe di calore sono considerate una soluzione ecologica per il riscaldamento e il raffreddamento perché sfruttano l'energia rinnovabile dall'aria, acqua o suolo. Tuttavia, nella valutazione complessiva, è comunque importante considerare l'efficienza energetica del sistema, l'origine dell'elettricità utilizzata e i potenziali impatti ambientali dei refrigeranti. I modelli più recenti usano refrigeranti con un basso potenziale di riscaldamento globale, riducendo ulteriormente l'impatto ambientale. La pompa di calore aroTHERM plus di Vaillant per esempio utilizza il refrigerante naturale R290, con GWP (Global Warming Potential) pari a solo 0,02.
Riscaldamento senza gas con pompa di calore
L’utilizzo della pompa di calore come soluzione per il riscaldamento domestico senza gas sta diventando sempre più popolare, grazie al suo potenziale risparmio e alla riduzione dell’impatto ambientale. Il riscaldamento senza gas si riferisce all’uso di fonti alternative per produrre calore, evitando l’uso di combustibili fossili. Una delle alternative più efficienti e sostenibili è la pompa di calore, che utilizza l'energia elettrica per prelevare calore dall’ambiente esterno (aria, acqua o terra) e trasferirlo all’interno della casa. Il passaggio a un sistema senza gas non solo riduce la dipendenza dai combustibili fossili, ma anche le emissioni di CO₂, contribuendo alla sostenibilità ambientale.
Manutenzione delle pompe di calore
Le pompe di calore richiedono una manutenzione periodica, ma generalmente inferiore rispetto alle caldaie a gas. È consigliabile effettuare controlli annuali per garantire il corretto funzionamento del sistema e verificarne l’efficienza.
Pompe di calore: vantaggi
La pompa di calore rappresenta una soluzione moderna, efficiente e sostenibile per il riscaldamento domestico. Con i giusti accorgimenti e un buon isolamento termico, è possibile ottenere un risparmio significativo sui costi di riscaldamento, riducendo allo stesso tempo l’impatto ambientale. Scegliere una pompa di calore per riscaldare senza gas conviene in termini di risparmio energetico, comfort e sostenibilità, specialmente in abbinamento con fonti di energia rinnovabile come il fotovoltaico. Si tratta di una soluzione che il mercato ricerca sempre di più proprio per la sua efficienza energetica e sostenibilità, in un momento storico in cui il risparmio di energia diventa fondamentale.
Tabella riassuntiva dei vantaggi e svantaggi delle pompe di calore
| Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|
| Alta efficienza energetica | Costo iniziale più elevato rispetto ai sistemi tradizionali |
| Utilizzo di energia rinnovabile | Efficienza può diminuire in climi estremamente freddi |
| Riduzione delle emissioni di CO2 | Necessità di alimentazione elettrica |
| Possibilità di raffrescamento estivo (modelli reversibili) | Installazione complessa, richiede professionisti qualificati |
| Incentivi e detrazioni fiscali disponibili | Manutenzione periodica necessaria |
Obiettivi europei per lo sviluppo sostenibile
Del resto, gli obiettivi europei per lo sviluppo sostenibile e l’efficienza energetica prevedono di ridurre le emissioni di gas a effetto serra di almeno il 55% entro il 2030 rispetto ai livelli del 1990, in modo che l’Europa possa diventare il primo continente a impatto climatico zero entro il 2050.
Diffusione delle pompe di calore
Fino a non molti anni fa la diffusione dei sistemi di riscaldamento a pompa di calore non è stata molto ampia: il motivo è da ricercare in parte nella conoscenza limitata di questa tecnologia, soprattutto se confrontata a quella relativa alle più tradizionali caldaie a gas. In aggiunta, i costi da sostenere per l’installazione sono maggiori rispetto a quelli per altri impianti per il riscaldamento.
Cultura, cambiamento climatico e sostegno degli incentivi fiscali hanno però avviato un grande cambiamento: le pompe di calore permettono infatti un risparmio anche del 40% delle spese in bolletta e grazie in particolare al Superbonus, che ne ha ridotto in maniera notevole l’impatto del costo di acquisto e installazione, negli anni scorsi c’è stato un vero boom. 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. Tuttavia, in molti paesi europei il gas, mantenuto a prezzi artificialmente bassi grazie a sussidi governativi e all’assenza di carbon tax, costa meno dell’elettricità.
Nel 2022, durante la crisi energetica, i prezzi del gas in temporaneo rialzo hanno portato a vendite record di pompe di calore, a conferma del ruolo che un’elettricità economicamente accessibile potrebbe avere nel lungo termine. Tuttavia nel 2024 le vendite di pompe di calore sono calate del 47% rispetto allo stesso periodo dell’anno precedente, il che conferma le sfide imposte dai costi energetici. Nonostante il calo delle installazioni di pompe di calore nel 2024, la tecnologia continua a offrire un contributo significativo alla riduzione delle emissioni di gas e CO₂ in Europa.
Emissioni di CO2 evitate grazie alle pompe di calore
Secondo i dati della European Heat Pump Association (EHPA), i 24 milioni di pompe di calore attualmente installate evitano ogni anno l’utilizzo di 5,5 miliardi di metri cubi di gas, una quantità pari al 1,6% del consumo annuo complessivo dell’Unione Europea. Con l’obiettivo di 60 milioni di pompe di calore installate entro il 2030, il potenziale di riduzione aumenterebbe a 112 megatonnellate di CO₂ e 13,7 miliardi di metri cubi di gas risparmiati ogni anno. Tuttavia, la contrazione delle vendite di quasi il 50% nella prima metà del 2024, dovuta a politiche nazionali variabili e al ribasso più lento dei costi dell’elettricità rispetto a quelli del gas, mette a rischio questi traguardi.