Le pompe di calore rappresentano un'alternativa efficiente ed ecologica per la produzione di acqua calda sanitaria. Produrre lo stesso calore di una caldaia tradizionale utilizzando la metà dell’energia? Si può, grazie alla caldaia a pompa di calore, uno dei sistemi di riscaldamento e refrigerazione più apprezzati in ambito domestico.
Ma come funziona una pompa di calore? Quanto costa l’acquisto e l’installazione? Può effettivamente garantire un buon risparmio energetico?
Cos'è la Pompa di Calore?
Cos’è la pompa di calore? Senza voler essere troppo tecnici, è possibile spiegare il suo funzionamento molto semplicemente: si tratta di una macchina capace di estrarre e trasferire energia termica servendosi di diverse forme di energia. Il funzionamento di una pompa di calore è simile a quello di un frigorifero, ma invertito: mentre con il frigorifero il calore viene estratto dall’interno ed espulso all’esterno, la pompa di calore, in base allo stesso principio, fa esattamente il contrario. Per il riscaldamento invernale e l’acqua calda sanitaria, estrae calore da una fonte naturale (aria, acqua o terra) e lo trasporta all’interno dell’edificio.
Le pompe di calore trasferiscono l'energia termica dall'ambiente esterno (aria, acqua o suolo) agli impianti domestici per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria. Questo tipo di impianti si integra agevolmente con altre tecnologie rinnovabili, come ad esempio il fotovoltaico o il solare termico. Un impianto a pompa di calore permette un considerevole risparmio energetico, diminuisce i consumi in bolletta e aumenta il valore commerciale dell’immobile, migliorandone la sua classe energetica.
Principio di Funzionamento
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.
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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.
Il suo compito è quello di trasferire energia termica da un ambiente più freddo a uno più caldo. 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.
Il sistema opera con un fluido refrigerante che, attraverso uno scambiatore, assorbe energia dalla sorgente esterna. Il compressore lo mette in circolazione e incrementa la temperatura. L'energia termica viene poi ceduta agli impianti interni tramite un secondo scambiatore.
Ma vediamo nello specifico come funziona e come è fatta la pompa di calore:
- L’evaporazione: il calore della sorgente fredda è trasmesso al fluido refrigerante, che passa completamente allo stato gassoso.
- All’interno di tubazioni in rame (in giallo nella figura sopra), scorre a circuito chiuso un fluido refrigerante.
- La condensazione: il fluido refrigerante, transitando attraverso il condensatore (che è uno scambiatore di calore), cede calore all’aria o acqua da riscaldare.
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:
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- 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.
- Nel compressore, il refrigerante - ora in stato gassoso - viene compresso e riscaldato da un compressore azionato elettricamente.
- 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.
- 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.
Tipologie di Pompe di Calore
Le pompe di calore maggiormente diffuse sono alimentate elettricamente e utilizzano come sorgente fredda l'aria. Per distinguerli, per prima cosa, possiamo partire con la fonte energetica che viene utilizzata.
I principali tipi di pompe di calore sono le pompe di calore aria-aria, aria-acqua, geotermiche e acqua-acqua. Vediamo le differenze:
- Pompe di calore aria-aria: trasferiscono calore tra l'aria esterna e interna all’abitazione. Le pompe di calore aria-aria sono dotate di scambiatori di calore, sistemi di filtraggio e deumidificazione dell’aria e sono composte da due o più unità, di cui una esterna. All’interno trovano posto il sistema di canalizzazione dell’aria e gli split, all’esterno sono invece collocati compressore, ventola per lo scambio d’aria e convertitore di calore.
- Pompe di calore aria-acqua: scaldano l’acqua da usare per il riscaldamento o per usi sanitari prelevando il calore dall’aria esterna e ridistribuendolo negli ambienti interni dell’abitazione. A differenza delle pompe aria-aria, quindi, svolgono le funzioni di caldaia e condizionatore, utilizzando l’acqua come fluido di lavoro all'interno degli ambienti. Il sistema aria-acqua è composto, di solito, da una pompa di calore accoppiata a un boiler.
- Pompe di calore geotermiche (terra-acqua): sfruttano il calore del sottosuolo anziché l’aria esterna. Anche se le pompe di calore geotermiche risultano più complesse da installare a causa della necessità di eseguire lavori di perforazione del terreno, sul lungo periodo risultano più efficienti di quelle ad aria.
- Pompe di calore acqua-acqua: utilizzano l'acqua di falda o di superficie per il trasferimento di calore. Anche la pompa di calore acqua-aria estrae calore dall’acqua di falda e lo restituisce all’aria interna dell’edificio.
Ogni tipologia dipende dalla temperatura esterna, con l’aria che funge da sorgente termica per riscaldare o rinfrescare gli spazi interni dell’edificio. Entrambi i sistemi, dunque, si servono del sottosuolo come sorgente termica di partenza.
Le pompe di calore ad aria presentano rendimenti inferiori rispetto alle pompe di calore che utilizzano altre sorgenti, come il terreno o l'acqua. Queste macchine, che sono le più diffuse e conosciute, utilizzano l’aria come sorgente termica. La maggior parte dei modelli è di tipo reversibile: consente cioè di riscaldare in inverno e di raffrescare in estate.
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Pompe di Calore Monoblocco e Split
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.
- 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.
Le pompe di calore idroniche inverter Rinnai si possono distinguere in Monoblocco e Splittate. È split la pompa di calore composta da due unità costruite per lavorare insieme: una, motocondensante, va posizionata all’esterno, l’altra all’interno. L'unità interna funge da serbatoio di accumulo sanitario con posizionamento a pavimento. Il collegamento tra unità esterna e quella interna avviene tramite gas refrigerante. Per questo motivo l'installatore che si occuperà di realizzare l'impianto dovrà essere munito di apposito patentino F-Gas.
Efficienza di una Pompa di Calore
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.
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
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.
- 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. La modalità monovalente è consigliata soprattutto in nuove costruzioni, ben isolate e in zone climatiche non particolarmente rigide.
- 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.
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.
Incentivi per l'Installazione
Il Governo Italiano offre incentivi per l'installazione delle diverse pompe di calore, Puoi usufruire di una detrazione fiscale del 50% con il Bonus per riqualificazione energetica. Cosa significa? Semplice, se investi 10.000€ per l’acquisto di una pompa di calore, 5.000€ potrai detrarli direttamente dalle tasse. La detrazione verrà poi suddivisa nei 10 anni successivi.
In alternativa, un alto bonus messo a disposizione è il Conto Termico 2.0, ancora operativo e riconosce un rimborso fino al 65% per sostituzioni di caldaie con pompe di calore, caldaie a biomassa o scaldacqua a pompa di calore, con pagamento rapido (circa 60 giorni dopo) per importi fino a € 5.000
Inoltre, è in arrivo il Conto Termico 3.0 ma non è ancora operativo: ci si aspetta novità tecniche, maggiori incentivi e procedure semplificate.
Gli incentivi utilizzabili sono: le detrazioni fiscali per ristrutturazioni (con il 50% delle spese sostenute erogato in 10 anni) e il Conto Termico (proporzionale alla potenza installata, erogato in 2 o 5 anni).
Considerazioni Importanti Prima dell'Acquisto
Prima di acquistare una pompa di calore, è fondamentale valutare attentamente diversi fattori per garantire la scelta del sistema più adatto alle proprie esigenze. Questi includono:
- Fabbisogno termico e dimensione della casa: la quantità di calore necessaria dipende dalle dimensioni dell'abitazione, dall'altezza dei soffitti e dal numero di persone che vi risiedono.
- Isolamento dell'edificio: un buon isolamento riduce la dispersione termica e consente di consumare meno energia, mantenendo il comfort ideale.
- Tipologia di pompa di calore: la scelta dipende dall'obiettivo principale, se si cerca una soluzione completa per riscaldamento e acqua calda sanitaria (pompa di calore aria-acqua) o anche per il raffrescamento estivo (pompa di calore aria-aria).
- Costi: i prezzi delle pompe di calore variano in base alla tipologia, potenza, efficienza energetica, marca, materiali e costi di installazione.
Tabella Riassuntiva dei Fattori Chiave
| Fattore | Descrizione | Importanza |
|---|---|---|
| Fabbisogno termico | Quantità di calore necessaria per riscaldare l'abitazione | Alta |
| Isolamento | Capacità dell'edificio di trattenere il calore | Alta |
| Tipologia | Aria-aria, aria-acqua, geotermica, acqua-acqua | Media |
| Costi | Acquisto, installazione, manutenzione | Alta |
| Efficienza | COP e SCOP | Alta |
Integrazione con Fotovoltaico
Per ottenere la massima efficienza energetica, l’abbinamento tra impianto fotovoltaico e pompa di calore è una delle soluzioni più efficaci. Il fotovoltaico produce elettricità sfruttando la luce solare, mentre la pompa di calore trasforma l’energia presente nell’aria per riscaldare ambienti e acqua sanitaria.
L’integrazione tra un impianto fotovoltaico e una pompa di calore consente di massimizzare l’autoconsumo dell’energia rinnovabile, abbattendo i costi energetici e aumentando l’indipendenza dalla rete elettrica. L’aggiunta di un sistema di accumulo permette di sfruttare l’energia solare anche nelle ore serali o in condizioni di bassa irradiazione. Le pompe di calore Rossato, abbinate a un impianto fotovoltaico, permettono di ridurre ulteriormente i costi di gestione, sfruttando fino al 75% di energia rinnovabile dall’ambiente e utilizzando l’energia solare per coprire il fabbisogno residuo.
Vantaggi delle Pompe di Calore ad Alta Temperatura con R290
Le pompe di calore ad alta temperatura rappresentano la soluzione ideale per le ristrutturazioni e per impianti esistenti con termosifoni, senza necessità di interventi invasivi. Le unità sono caricate con gas propano R290, un refrigerante naturale ed eco-compatibile poiché privo di CFC e HCFC. Le ottime proprietà termiche del gas garantiscono una maggiore efficienza energetica, riducendo i consumi complessivi. Il propano è più semplice da gestire e richiede una manutenzione minima. Le unità Rossato con R290 sono dotate di logica di controllo avanzata per il collegamento a dispositivi di bilanciamento dei carichi elettrici, ottimizzando l’uso dell’energia disponibile. Il propano R290 ha un GWP pari a 3, ben al di sotto dei limiti previsti dalle normative europee (Regolamento UE 517/2014 e successive revisioni). L’uso di R290 rende le pompe di calore conformi alle nuove direttive F-Gas.
Considerazioni Finali
Passare a una pompa di calore è vantaggioso in edifici con buon isolamento termico e impianti a bassa temperatura. L’integrazione con fotovoltaico e impianti radianti ne massimizza l’efficienza. Nei sistemi con termosifoni tradizionali, si possono installare pompe di calore ad alta temperatura. Gli incentivi fiscali rendono l’investimento ancora più conveniente. Le pompe di calore Rossato offrono soluzioni su misura, garantendo efficienza elevata anche con impianti esistenti.
Le pompe di calore Rossato si distinguono per l’elevata qualità dei materiali e la loro capacità di adattarsi a diversi tipi di installazione, offrendo soluzioni personalizzate per ogni esigenza.
Rispetto ai sistemi tradizionali, le pompe di calore riducono il consumo energetico fino al 70%, con benefici economici e ambientali. Il loro utilizzo comporta bollette più leggere e un impatto ridotto sulle emissioni di CO₂. Le pompe di calore Rossato garantiscono un risparmio energetico ancora maggiore grazie alla loro tecnologia avanzata.