Pompa di Calore e Prestazioni a Temperature Esterne Sotto Zero

Ti sarà senz’altro capitato di sentire dire che la pompa di calore ha un funzionamento invernale ridotto, che consuma troppa energia o che non è del tutto efficiente. Cosa c’è di vero o di falso in queste affermazioni? Quando si tratta di riscaldamento domestico in condizioni climatiche rigide, una delle domande più frequenti è: la pompa di calore funziona sotto zero? Questa interrogazione è particolarmente rilevante in regioni dove le temperature invernali possono scendere ben al di sotto dello zero. In questo articolo esploreremo come le pompe di calore si comportano in queste condizioni estreme e quali sono le opzioni migliori per garantire un riscaldamento efficace anche nei giorni più freddi.

Concetti di Base

Partiamo innanzitutto dai concetti di base. Una pompa di calore usata per il riscaldamento è una macchina che trasferisce calore da una sorgente a bassa temperatura ad un ambiente interno. Sfrutta lo stesso principio di funzionamento di un frigorifero o di un condizionatore ma invertito. Ovvero, estrae energia da una fonte naturale (che può essere aria, acqua di falda o sottosuolo) e la trasforma in calore.

Il processo avviene in diverse fasi:

1. Aumenta la temperatura: mentre l’aria attraversa il circuito il liquido refrigerante ne assorbe il calore e lo trasforma in vapore.
2. Distribuisce il calore e ripete il ciclo: il calore guadagnato da questo processo viene distribuito tramite il liquido refrigerante e può essere utilizzato sia per il riscaldamento che per la produzione di acqua calda sanitaria. A questo punto il refrigerante ha ceduto tutto il suo calore e ritorna allo stato liquido. Tuttavia, ha ancora una pressione troppo elevata che viene diminuita tramite una valvola di espansione.

Efficienza della Pompa di Calore a Temperature Sotto Zero

Abbiamo detto che la pompa di calore estrae calore da fonti energetiche esterne, viene dunque naturale chiedersi quanto sia efficiente questo sistema quando le temperature esterne viaggiano ben al di sotto dello zero. In realtà, le pompe di calore sono progettate per garantire un buon funzionamento anche alle temperature più rigide, ma tutto dipende dal corretto dimensionamento preliminare all’installazione della pompa stessa. La temperatura esterna in effetti è un elemento fondamentale da tenere in considerazione nella scelta di una pompa di calore poiché ne determina il suo coefficiente di prestazione (chiamato COP “Coefficient of Performance”).

Il COP è dato dal rapporto tra la resa e l’energia di alimentazione consumata. Più alto è tale rapporto minori sono i consumi e quindi l’efficienza della pompa di calore. Tuttavia, i modelli più avanzati di pompe di calore, come quelli a tecnologia Inverter, mantengono buone prestazioni anche fino a -20° di temperatura esterna. Al di sotto di queste temperature necessita di una resistenza integrativa per continuare a funzionare normalmente.

Leggi anche: Vantaggi Caldaie a Pompa di Calore

I modelli Inverter sono macchine in grado di regolare in modo automatico la potenza strettamente necessaria al raggiungimento del valore della temperatura desiderata, riducendo così notevolmente il consumo elettrico. In pratica, le pompe con questo sistema, dopo aver raggiunto la temperatura di esercizio ideale, rallentano il loro funzionamento, senza però fermarsi definitivamente.

Fattori Che Influenzano l'Efficienza

Il funzionamento invernale di una pompa di calore e la sua efficienza dipendono comunque da molte variabili. In generale possiamo comunque affermare che scegliere un pompa di calore è ancora più conveniente se combinata con un terminale radiante a pavimento e in presenza di una buona coibentazione della casa.

L’installazione di una pompa di calore come unico generatore del nostro impianto di riscaldamento si sta diffondendo sempre più, ma spesso tecnici conservatori con esperienza un po’ datata fanno ancora terrorismo psicologico spingendo per una caldaia a condensazione: la pompa di calore funziona sotto zero in inverno? Fino a che temperatura esterna conviene la pompa di calore?

Ci sono certamente alcuni punti attenzione che differenziano il funzionamento di una pompa di calore da quello di una caldaia di cui è meglio essere consapevoli per ottenere prestazioni e consumi ottimali durante le varie modalità di funzionamento (riscaldamento, raffrescamento, produzione di acqua calda sanitaria) ma la pompa di calore funziona sotto zero!

In linea generale l’efficienza ottimale di una pompa di calore in inverno dipende dalla combinazione dei fattori seguenti:

Leggi anche: Quale pompa di calore scegliere: compressione o assorbimento?

• temperatura esterna dell’aria
• temperatura di mandata nell’acqua verso il sistema di distribuzione del calore
• regime di carico, ovvero la potenza termica erogata effettivamente rispetto a quella massima possibile

Prestazioni e Consumi con Temperature Sotto Zero

La maggior parte delle pompe di calore aria-aria e aria-acqua ha un intervallo di funzionamento ottimale che si estende fino a circa -5°C / -7°C. Esistono notevoli differenze tra i modelli di pompe di calore in termini di tolleranza al freddo. I modelli standard, dotati di fluidi frigoriferi tradizionali, tendono a mostrare una perdita di rendimento significativo quando la temperatura esterna scende sotto zero. In contrasto, le pompe di calore progettate per climi estremi possono mantenere un funzionamento accettabile anche a temperature molto basse, grazie a fluidi frigoriferi più performanti e tecnologie avanzate.

Per determinare la TOL di una pompa di calore, è necessario consultare la scheda tecnica del modello specifico. Conoscere la TOL è essenziale per scegliere una pompa di calore adatta alle condizioni climatiche della tua area.

Il rendimento di una pompa di calore viene misurato attraverso l’indice COP (Coefficient of Performance) o SCOP (Seasonal Coefficient of Performance). Questi indicatori rappresentano il rapporto tra la quantità di calore fornita dalla pompa di calore e l’energia elettrica consumata. Maggiore è il valore del COP o SCOP, più efficiente è il sistema. Tuttavia, con il calare della temperatura esterna, il COP e SCOP tendono a diminuire.

Quando le temperature esterne scendono sotto zero, il rendimento della pompa di calore può calare drasticamente. Questo accade perché il fluido frigorifero all’interno del sistema diventa meno efficace nel trasferire calore a causa della bassa temperatura. Di conseguenza, il sistema potrebbe dover utilizzare una resistenza elettrica di emergenza per garantire un riscaldamento sufficiente, aumentando i costi operativi.

Durante il funzionamento, l’umidità presente nell’aria può condensare e congelarsi sulla batteria alettata esterna della pompa di calore. I cicli di sbrinamento comportano l’inversione temporanea del ciclo di funzionamento della pompa di calore. Questo processo può durare diversi minuti e, durante questo intervallo, la pompa di calore smette di riscaldare la casa.

Leggi anche: Guida all'Acquisto Caldaia a Pompa di Calore

Alternative e Soluzioni per Temperature Estreme

Un’alternativa alle pompe di calore aria-aria è la pompa di calore geotermica. Un’altra soluzione per affrontare le temperature sotto zero è l’uso di sistemi ibridi. In condizioni di temperatura esterna moderata, la pompa di calore si occupa della maggior parte del riscaldamento, offrendo un’efficienza energetica ottimale.

Le pompe di calore a gas presentano vantaggi significativi rispetto ai modelli elettrici quando si tratta di funzionare in condizioni sotto zero. A differenza delle pompe di calore elettriche, che possono avere difficoltà a mantenere prestazioni elevate con il calo delle temperature, le pompe di calore a gas sono equipaggiate con un bruciatore interno. Le pompe di calore a gas offrono un’efficienza e un’affidabilità superiori in condizioni di freddo intenso. L’efficienza di una pompa di calore a gas rimane alta, spesso superiore a quella di una caldaia a condensazione tradizionale, anche a temperature sottozero.

Esempi di Pompe di Calore e Temperature di Cut-Off

Prendiamo come esempio concreto la mia pompa di calore Daikin HPSU Compact, ma le considerazioni fatte sono del tutto generalizzabili a qualsiasi produttore o modello. Grazie a questi dati comprenderemo come una pompa di calore funziona sotto zero in inverno grazie a:

• unità esterna con compressore
• resistenza elettrica integrativa interna

Ovviamente quando il funzionamento è integrato o garantito dalla resistenza elettrica interna il rendimento può abbassarsi molto: scopriremo anche fino a che temperatura esterna conviene la pompa di calore.

La temperatura esterna alla quale il compressore dell’unità esterna viene spento e resta attivo il solo il generatore integrativo è chiamata temperatura di cut-off della pompa di calore.

Riscaldamento con Pompa di Calore e Temperatura Sotto Zero

Daikin HPSU Compact

Nel caso di riscaldamento con la Daikin HPSU Compact la temperatura di cut-off della pompa di calore è di -20 ºC.

Daikin Altherma 3 R

Nel caso di riscaldamento con la Daikin Altherma 3 R la temperatura di cut-off della pompa di calore è di -25 ºC.

Daikin Altherma 3 H HT

Nel caso di riscaldamento con la Daikin Altherma 3 H HT la temperatura di cut-off della pompa di calore è di -28 ºC.

Come si vede da questo diagramma l’unità esterna della Daikin Altherm 3 H HT è la più avanzata per lavorare con bassissime temperature esterne.

Produzione ACS con Pompa di Calore in Inverno

Daikin HPSU Compact

Daikin Altherma 3 R

Nel caso di produzione ACS con la Daikin Altherma 3 R la temperatura di cut-off della pompa di calore è di -25 ºC.

Daikin Altherma 3 H HT

Nel caso di produzione ACS con la Daikin Altherma 3 H HT la temperatura di cut-off della pompa di calore è di -28 ºC.

I dati riportati sopra ci dicono in estrema sintesi che una pompa di calore funziona sotto zero in inverno senza alcun problema:

• il riscaldamento e la produzione di ACS funzionano col compressore dell’unità esterna fino ad una temperatura esterna sotto zero fino a -28 ºC; al di sotto continua a funzionare per quanto utilizzando una resistenza integrativa
• la produzione di acqua calda sanitaria avviene con l’unità esterna fino ai 50 / 55 ºC; al di sopra esclusivamente con la resistenza integrativa

Per quanto abbiamo la certezza che la pompa di calore funziona sotto zero in inverno, cercate comunque di non abusare della resistenza elettrica di integrazione in modo da evitare consumi elettrici inattesi. Ricordate sempre che:

• una resistenza elettrica ha efficienza pari ad 1, ovvero l’energia elettrica utilizzata si trasforma integralmente in energia termica
• una pompa di calore ha una performance sempre superiore a 3: l’energia termica prodotta è tre volte superiore a quella elettrica consumata grazie al calore estratto dall’aria esterna

Direi che ora possiamo capire fino a che temperatura esterna conviene la pompa di calore.

Fino a Che Temperatura Esterna Conviene la Pompa di Calore: Salto Termico e Regime di Carico

Per quanto le pompe di calore ad inverter, sostanzialmente la totalità, assicurino di gestire condizioni di carico molto ampie per assicurare il massimo comfort durante tutto l’inverno, la performance non è uniforme in tutte le condizioni.

Come già anticipato, la performance di una pompa di calore dipende fondamentalmente da:

• salto termico tra temperatura di mandata acqua calda e temperatura esterna aria: tanto è minore tanto maggiore sarà il rendimento della pompa di calore
• regime di carico della pompa di calore, ovvero la potenza termica erogata rispetto alla potenza massima erogabile: avvicinandosi al pieno carico il rendimento si abbassa

Proteggere la Pompa di Calore Durante l'Inverno

La pompa di calore è uno dei sistemi di riscaldamento più efficienti per ottenere un ambiente caldo e confortevole nella propria casa: si tratta di un tipo di impianto caratterizzato da ottime prestazioni, adatto a resistere anche ai climi più rigidi. Tuttavia, durante l’inverno, le pompe di calore possono essere messe a dura prova, in particolare se vivi in una zona soggetta a forti nevicate e abbassamenti di temperatura al di sotto dello zero.

Se la pompa di calore viene sepolta sotto la neve oppure rimane esposta alle gelate, infatti, essa potrebbe andare incontro a danni e malfunzionamenti, che rischierebbero di compromettere il funzionamento dell’intero impianto di riscaldamento. Fortunatamente esistono alcuni interventi da poter effettuare per salvaguardare la tua pompa di calore quando fa freddo, ed assicurare così il comfort di tutta la famiglia anche nelle stagioni più rigide.

Come Evitare la Formazione di Neve e Ghiaccio

Sebbene molti dispositivi siano dotati di meccanismi di sbrinamento che permettono alla pompa di calore di funzionare anche quando le temperature scendono sotto zero, se vivi in una regione dove le precipitazioni sono molto abbondanti, questi potrebbero non essere sufficienti. Il condensatore, infatti, è una delle parti più vulnerabili di un impianto di riscaldamento, e la formazione di ghiaccio e umidità potrebbe danneggiarne qualche componente.

Ciononostante, è bene sottolineare che una presenza moderata di neve, è del tutto normale e non comporta nessun tipo di problema all’impianto: sarà sufficiente spalare via il ghiaccio con una pala, o lasciarlo sciogliere con dell’acqua calda; per facilitare la rimozione, potrebbe essere utile cospargere la superficie con del sale o degli appositi trattamenti antigelo.

Anche eventuali ghiaccioli nelle vicinanze delle ventole vanno accuratamente rimossi: durante questa operazione bisogna fare molta attenzione a non far penetrare il ghiaccio all’interno del dispositivo, in quanto questo sciogliendosi potrebbe danneggiare i componenti interni.

Consigli per Mantenere l'Efficienza

• Verifica delle griglie: è consigliabile controllare periodicamente che tutte le griglie dell'unità esterna siano libere da ghiaccio, foglie o altri detriti, in modo da agevolare il corretto ricircolo dell'aria
• Rimozione della neve: se il dispositivo non è dotato di un sistema di sbrinamento automatico o se questo non è sufficiente a eliminare il ghiaccio accumulato sull’evaporatore, è necessario procedere manualmente alla rimozione degli strati accumulati.
• Installazione di un sistema di drenaggio: durante abbondanti nevicate, lo scioglimento del ghiaccio può generare fino a 50 litri di acqua al giorno; per prevenire la penetrazione di questa acqua nell'unità, è importante installare una vaschetta di drenaggio che permetta lo scarico dell'acqua in superficie.

Sistemi Ibridi: Una Soluzione Efficiente

Tuttavia, per ottenere ulteriori vantaggi in termini di riduzione dei consumi e delle emissioni, è possibile considerare l'opzione di un sistema ibrido, che combina una caldaia a condensazione e una pompa di calore.

Questa soluzione altamente efficiente attiva, di volta in volta, la tecnologia più conveniente in base alle specifiche esigenze, alle condizioni climatiche esterne e ai costi energetici. Ad esempio, durante i periodi di temperatura estremamente bassa, la caldaia a condensazione può assumere il ruolo principale nel fornire calore all'abitazione, garantendo un funzionamento ottimale anche in condizioni climatiche avverse.

D'altra parte, quando le temperature sono più miti, la pompa di calore può prendere il sopravvento, sfruttando l'energia termica presente nell'aria, nel suolo o nell'acqua per riscaldare l'ambiente domestico in modo efficiente ed ecologico.

tags: #pompa #di #calore #prestazioni #temperatura #esterna