Quando si cerca una pompa di calore per il riscaldamento, ci sono tre preoccupazioni fondamentali:
- Potenza termica utile: che assicuri di non rimanere mai al freddo.
- Consumi: per non avere sorprese con le bollette.
- Assorbimento: per evitare che il contatore salti.
Questo articolo si concentra sul calcolo della potenza elettrica assorbita da una pompa di calore e sulla dimensione del contatore.
Funzionamento di una Pompa di Calore Aria-Acqua
Il funzionamento di una pompa di calore si basa sull'estrazione del calore da un fluido tramite la compressione di un gas frigorifero e il trasferimento di tale calore a un secondo fluido mediante la condensazione del gas frigorifero stesso. I modelli più diffusi sono le pompe di calore aria-acqua, dove il calore presente nell'aria esterna viene estratto tramite il lavoro di un compressore, alimentato ad energia elettrica, e restituito sotto forma di acqua calda per termosifoni o pavimento radiante.
Rendimento (COP) della Pompa di Calore
Il rendimento, indicato con l'acronimo COP (Coefficient of Performance), è il rapporto tra la potenza termica generata e la potenza elettrica assorbita. A parità di calore prodotto, il trasferimento di energia termica dipende fortemente dal salto di temperatura tra la sorgente di calore fredda (aria esterna) e la destinazione calda (acqua). Maggiore è il salto termico, minore sarà il rendimento e viceversa.
Quindi, a parità di calore prodotto, la potenza elettrica assorbita dipende da:
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- Temperatura esterna dell'aria
- Temperatura di mandata dell'acqua calda
In altre parole:
- Minore è la temperatura esterna, maggiore sarà l'assorbimento della pompa di calore.
- Maggiore è la temperatura di mandata dell'acqua calda, maggiore sarà la potenza elettrica assorbita dalla pompa di calore.
Questo spiega perché l'abbinamento tra una pompa di calore aria-acqua e il pavimento radiante, che opera a temperature di mandata di 30-35 °C, è più efficiente. Anche l'utilizzo con i termosifoni è possibile, sebbene i consumi siano inevitabilmente maggiori a causa delle temperature di mandata più elevate (55 °C ed oltre).
Calcolo della Potenza Elettrica Assorbita
Per calcolare la potenza elettrica assorbita da una pompa di calore, è consigliabile consultare i dati tecnici del modello specifico, che includono informazioni relative alle normative UNI EN 14511 e UNI/TS 11300. In particolare, si possono trovare i seguenti dati:
- Potenza di riscaldamento nominale (kW termici)
- Potenza assorbita (kW elettrici)
- COP
Nelle seguenti condizioni di funzionamento della pompa di calore:
- Temperatura esterna (°C)
- Temperatura di mandata (°C)
- A7W35
- A2W35
- A-7W35
- A7W55
- A2W55
- A-7W55
In alternativa, si può utilizzare una formula semplificata, considerando le condizioni di funzionamento più gravose:
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- Produzione di acqua calda sanitaria con temperatura di mandata intorno ai 55 °C.
- Temperatura esterna pari a quella di progetto per la propria località.
In queste condizioni, il COP varia tra 2,1 e 2,5. Quindi, come regola generale, si può stimare la potenza elettrica assorbita dividendo la potenza termica utile per 2,3. Questa stima è leggermente in eccesso, ma adatta a verificare la taglia del contatore.
Esempio Pratico
Considerando una pompa di calore Daikin HPSU Compact da 6 kW all'inizio della stagione di riscaldamento, con temperatura di mandata a 27 °C e temperatura esterna media di 9 °C, la potenza elettrica assorbita è di circa 2,6 kW. Con il riscaldamento a regime, il consumo si attesta intorno ai 370 Watt elettrici.
In pieno inverno, con temperatura di mandata a 33 °C e temperatura esterna media di 1,5 °C, la potenza elettrica assorbita raggiunge picchi di 2,7 kW durante i cicli di sbrinamento e reintegro dell'acqua calda sanitaria, mentre il consumo a regime si aggira intorno ai 1.500 Watt elettrici.
Potenza del Contatore per Pompa di Calore
La seguente tabella fornisce un riferimento per la potenza del contatore necessaria in base alla taglia termica della pompa di calore, aggiungendo una "riserva" di 1,5 kW per gli altri elettrodomestici:
| Potenza termica utile (kW) | Potenza elettrica pompa di calore (kW) | Potenza Contatore (kW) |
|---|---|---|
| 4 | 1,7 | 3,0 |
| 6 | 2,6 | 4,5 |
| 8 | 3,5 | 4,5 |
| 10 | 4,3 | 6,0 |
| 14 | 6,1 | 10,0 (trifase) |
Questo calcolo è indicativo e dipende dalle abitudini di consumo. Tuttavia, un'abitazione con una pompa di calore da 6 kW termici per riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria può funzionare con un contatore da 4,5 kW.
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Cos'è la potenza termica?
La potenza termica è la misura dell’energia per un determinato tempo che occorre per alimentare un apparecchio che produce calore, come ad esempio una caldaia. In fisica è l’energia trasferita nell’unità di tempo. Un macchinario ad alta potenza significa che riesce a trasferire una grande quantità di energia in un intervallo di tempo molto breve. L’unità di misura della potenza termica è il kW.
Potenza termica utile
La potenza termica nominale o “potenza utile massima” è la potenza termica effettivamente resa all’ambiente, cioè la quantità di calore trasferita nel tempo al fluido termovettore. Ad esempio la potenza termica utile di una caldaia (espressa in kW) è riportata nei dati di targa sull’apparecchio.
Conduttività termica
La conduttività termica rappresenta la capacità di un materiale di condurre il calore. In particolare, la conduttività termica è il rapporto fra il flusso di calore (cioè la quantità di calore trasferita nell’unità di tempo attraverso l’unità di superficie) e il gradiente di temperatura che provoca il passaggio del calore nel caso della conduzione termica (ovvero quando i contributi al trasferimento di calore per convezione e per irraggiamento termico siano trascurabili).
Potenza al focolare e rendimento termico
La potenza al focolare, sempre espressa in kW, è la potenza che si sviluppa nell’unità di tempo durante la combustione. Essa avviene all’interno di una camera di combustione: il “focolare”. Il potenziale energetico del combustibile non viene sfruttato completamente e di conseguenza non viene trasferito del tutto al fluido termovettore (aria o acqua). Il rendimento termico è il rapporto fra la potenza termica “utile” e la potenza termica al focolare: è il rapporto fra il calore che va al fluido termovettore e quello prodotto per combustione. Il resto del calore viene espulso attraverso la canna fumaria (fumi caldi e gas).