La pompa di calore è una macchina che utilizza l’energia dell’aria, del suolo o dell’acqua di falda e la converte in energia termica. Essa è in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta. Oltre al riscaldamento invernale e alla fornitura di acqua calda a uso sanitario, infatti, invertendo il ciclo garantisce anche il raffrescamento degli ambienti.
La scelta di una pompa di calore dipende dalle caratteristiche climatiche del luogo dove viene installata, dalle caratteristiche tipologiche dell’edificio e dalle condizioni di impiego.
Come Funziona una Pompa di Calore
Il principio di funzionamento della pompa di calore si basa sul fenomeno dell’espansione Joule-Thomson di un fluido refrigerante molto freddo ma che vaporizza a basse temperature. Tale fluido, compiendo dei cicli di compressione ed espansione, permette alla pompa di calore di trasferire calore all’acqua calda sanitaria.
Per riscaldare l’ambiente, la pompa di calore estrae il calore da una fonte naturale (come l’aria, l’acqua o il terreno) lo porta alla temperatura desiderata e lo trasporta all’interno dell’edificio dove verrà irradiato nell’ambiente per mezzo di impianti radianti a pavimento o terminali come termosifoni o fan coil.
Per rinfrescare l’ambiente, invece, il calore viene estratto dall’aria presente all’interno dell’edificio ed espulso, in modo del tutto analogo al frigorifero.
Leggi anche: Vantaggi Caldaie a Pompa di Calore
Il mezzo esterno da cui si estrae calore è detto sorgente fredda. Nella pompa di calore il fluido frigorigeno assorbe calore dalla sorgente fredda tramite l’evaporatore. Le principali sorgenti fredde sono:
- l’aria esterna al locale dove è installata la pompa di calore oppure estratta dal locale dove è installata la pompa di calore;
- l’acqua di falda, di fiume, di lago quando questa è presente in prossimità dei locali da riscaldare e a ridotta profondità.
Altre sorgenti possono essere costituite dall’acqua accumulata in serbatoi e riscaldata dalla radiazione solare e dal terreno, nel quale vengono inserite le tubazioni relative all’evaporatore.
L’aria o l’acqua da riscaldare sono detti pozzo caldo. Nel condensatore il fluido frigorigeno cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente fredda che l’energia fornita dal compressore.
Componenti di una Pompa di Calore
La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, percorso da uno speciale fluido (frigorigeno) che, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore. Il circuito chiuso è costituito da:
- un compressore;
- un condensatore;
- una valvola di espansione;
- un evaporatore.
Il condensatore e l’evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè tubi posti a contatto con un fluido di servizio (che può essere acqua o aria) nei quali scorre il fluido frigorigeno. Questo cede calore al condensatore e lo sottrae all’evaporatore. I componenti del circuito possono essere sia raggruppati in un unico blocco, sia divisi in due parti (sistemi split) raccordate dai tubi nei quali circola il fluido frigorigeno.
Leggi anche: Quale pompa di calore scegliere: compressione o assorbimento?
Tipologie di Pompe di Calore
Esistono diverse tipologie di pompe di calore il cui funzionamento si basa sui medesimi principi. Le pompe di calore si dividono, innanzitutto, in due categorie principali:
- pompe di calore monovalenti: ossia indipendenti da altri generatori di calore;
- pompe di calore bivalenti: che vanno ad integrarsi con altri generatori di calore, particolarmente adatte per quelle aree soggette ad un consistente abbassamento delle temperature.
In funzione, invece, del fluido con cui scambiano calore, le pompe di calore possono essere classificate in 4 principali tipologie, indicando per prima la sorgente fredda (evaporatore) e per secondo il pozzo caldo (condensatore):
- pompa di calore aria-acqua: svolge sia la funzione di riscaldamento che quella di raffrescamento;
- pompa di calore aria-aria: è composta da almeno due unità (di cui una esterna) e dotate di split e sistema di canalizzazione dell’aria. Sono esempi di pompe di calore aria-aria i condizionatori;
- pompa di calore acqua-acqua: utilizza l’acqua sia come sorgente fredda che come sorgente calda;
- pompa di calore terra-acqua (pompa di calore geotermica): riscalda l’acqua servendosi del calore presente nel terreno, catturandolo tramite una sonda geotermica.
Pompa di Calore Monoblocco e Splittata: Differenze
Per le pompe di calore aria-acqua, si sono sviluppati due sistemi distinti: il sistema monoblocco e il sistema split a seconda di dove avviene lo scambio di energia tra quanto recuperato dall’aria esterna e il fluido che circola nell’impianto di riscaldamento.
Nel sistema splittato il trasferimento di energia avviene in uno scambiatore gas-acqua posto in un involucro distinto dall’unità esterna che ha assorbito calore dall’aria. Questo scambiatore viene normalmente posto all’interno dell’abitazione ed è contenuto in un modulo che assomiglia, per ingombro, ad una caldaia.
Nel sistema monoblocco, invece, lo scambiatore è contenuto nell’unità esterna stessa, creando un tutt’uno. Dunque, la differenza principale tra i due sistemi risiede nel fatto che nella pompa di calore monoblocco tutti i componenti sono raggruppati insieme, mentre in quella split sono distribuiti su due unità separate, un’unità interna e una esterna.
Leggi anche: Guida all'Acquisto Caldaia a Pompa di Calore
Struttura e configurazione:
- Pompa di calore splittata a gas: è composta da due unità separate, una situata all'interno dell'edificio (unità interna o condensatore) e l'altra all'esterno (unità esterna o evaporatore) così chiamate quando funzionano in modalità produzione calore mentre invece i nomi si invertono quando funziona in produzione freddo per l’estate. Le due unità sono collegate da tubazioni in rame preisolato specifico per tipologia di gas, che consentono il trasferimento di calore tra di loro.
- Pompa di calore monoblocco: contiene tutte le componenti del circuito frigorifero (compressore, evaporatore, condensatore, valvola di espansione, elementi di controllo e protezione). L'acqua di riscaldamento viene riscaldata direttamente nella pompa di calore monoblocco e quindi condotta in casa tramite tubazioni (direttamente nel circuito di riscaldamento o in un serbatoio di accumulo).
Installazione:
- Pompa di calore splittata: richiede una maggiore complessità di installazione, poiché richiede la posa di tubi in rame contenenti il fluido frigorigeno e cavi elettrici tra l'unità interna e quella esterna.
- Pompa di calore monoblocco: è più semplice da installare, poiché tutte le componenti sono contenute in un'unica unità esterna.
Estetica:
- Pompa di calore splittata: può essere più adatta a situazioni in cui l'aspetto estetico è importante, poiché l'unità interna può essere montata in modo discreto all'interno dell'edificio.
- Pompa di calore monoblocco: tende ad avere un impatto estetico maggiore, poiché l'unità esterna è visibile e può occupare spazio all'esterno dell'edificio.
Flessibilità:
- Pompa di calore splittata: offre maggiore flessibilità in termini di posizionamento dell'unità interna, che può essere installata in varie stanze o aree dell'edificio.
- Pompa di calore monoblocco: può essere più limitata in termini di flessibilità, poiché l'unità esterna è un'unità singola.
Vantaggi e Svantaggi di una Pompa di Calore Splittata
La pompa di calore splittata presenta diversi vantaggi. Uno di questi è la sua flessibilità nell’installazione, poiché consente di posizionare l’unità esterna a distanza dall’edificio, riducendo così sia il rumore che l’impatto visivo. Inoltre, può essere dimensionata in maniera più precisa per adattarsi alle esigenze di riscaldamento o raffrescamento dell’edificio, consentendo un maggiore controllo sulla temperatura interna.
Esistono, tuttavia, anche alcuni svantaggi da considerare. L’installazione di una pompa di calore splittata richiede un lavoro più complesso, in quanto implica la connessione tra l’unità esterna e l’unità interna attraverso tubazioni refrigeranti e cavi elettrici. Questo può comportare un aumento dei costi di installazione e richiedere un periodo più lungo.
Efficienza e Rendimento di una Pompa di Calore
L’efficienza di una pompa di calore è misurata dal COP (coefficiente di prestazione) che è il rapporto tra energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare) ed energia elettrica consumata. Il COP è variabile a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento ed ha, in genere, valori prossimi a 3.
Il COP sarà tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura a cui il calore viene ceduto (nel condensatore) e quanto più alta quella della sorgente da cui viene assorbito (nell’evaporatore). Inoltre, occorre considerare che la potenza termica resa dalla pompa di calore dipende dalla temperatura a cui la stessa assorbe calore.
Costi e Agevolazioni Fiscali
I costi di una pompa di calore variano in base alla tipologia di pompa, alla tecnologia ed ai lavori necessari per la sua posa in opera. La pompa di calore più costosa è quella geotermica che però è anche quella che nel tempo assicura un rendimento più stabile ed un taglio dei costi in bolletta fino al 75%.
La legge di bilancio 2022 ha confermato i bonus fiscali, inclusi quelli relativi alle pompe di calore. Ecco un riassunto dei bonus per le pompe di calore nel 2023 e le relative scadenze:
- ecobonus al 65% fino al 31 dicembre 2024;
- bonus ristrutturazione (o bonus casa) al 50% fino al 31 dicembre 2024;
- Superbonus per condomini, proprietari di edifici con due a quattro unità immobiliari ed enti del terzo settore: 110%/90% fino al 31 dicembre 2023, 70% fino alla fine del 2024 e 65% alla fine del 2025;
- conto termico: sia privati che pubbliche amministrazioni possono beneficiare di questo incentivo.
Tabella riassuntiva dei bonus fiscali per le pompe di calore:
| Incentivo | Percentuale di Detrazione | Scadenza |
|---|---|---|
| Ecobonus | 65% | 31 dicembre 2024 |
| Bonus Ristrutturazione | 50% | 31 dicembre 2024 |
| Superbonus | Variabile (70% - 110%) | Fino al 31 dicembre 2025 |
| Conto Termico | Fino al 65% | Nessuna Scadenza (fondi limitati) |