La pompa di calore è una macchina che, servendosi di diverse forme di energia, è in grado di estrarre e trasferire energia termica. La scelta di un modello di pompa di calore piuttosto che un altro dipende da numerosi fattori.
Uno di questi è il COP (coefficiente di prestazione) che permette di misurare l’efficienza di una pompa di calore ed è presente all’interno della cosiddetta scheda tecnica. Si tratta di un parametro fondamentale per capire se la pompa di calore scelta consumerà di più o meno rispetto ad un’altra.
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Cos'è il COP di una Pompa di Calore?
L’acronimo COP sta per coefficient of performance (coefficiente di prestazione) e rappresenta l’efficacia di una pompa di calore, ossia il rapporto tra l’energia termica generata (calore ceduto al mezzo da riscaldare) e l’energia elettrica assorbita.
Indica la quantità di energia impiegata dalla macchina per ottenere una certa quantità di calore. In parole semplici, il COP rappresenta il rapporto tra l'energia utile prodotta dal sistema (calore o freddo) e l'energia elettrica consumata per generarla.
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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. Questo vuol dire che per 1 kWh di energia elettrica consumato, fornirà 3 kWh (2580 kcal) di calore al mezzo da riscaldare.
In generale, per definire il coefficiente di prestazione i produttori adottano un codice che specifica le condizioni operative a cui si riferisce l’efficienza dell’apparecchio, così composto:
- sigla della fonte termica;
- temperatura in °C;
- sigla del fluido termovettore;
- temperatura di mandata.
Le lettere impiegate per identificare la fonte termica sono:
- A per air (aria);
- B per brine (acqua glicolata/terreno);
- W per water (acqua di falda).
Ad esempio, il codice A2W35 indica una pompa di calore aria/acqua con una fonte termica (aria) a 2 °C e un fluido termovettore (acqua) a una temperatura di mandata di 35 °C.
Formula per il Calcolo del COP
Il COP di una pompa di calore può essere calcolato mediante la seguente formula:
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COP = energia termica ceduta (kWh)/energia elettrica per produrla (kWh)
Più il COP è alto, quindi, più energia termica viene erogata, maggiore sarà l’efficienza della pompa di calore e minore il dispendio di energia per riscaldare l’ambiente.
Dunque, il coefficiente 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).
Attenzione però: il COP non è un valore fisso, ma varia in base a diversi fattori, come la temperatura esterna, la temperatura desiderata all'interno, e il tipo di fluido refrigerante utilizzato.
Valori di Riferimento del COP
Il valore ottimale del coefficiente di prestazione per le pompe di calore di solito parte da 2. Nello specifico:
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- per le pompe di calore aria-aria: il COP generalmente varia tra 3 e 4;
- nel caso delle pompe di calore aria-acqua: il COP dovrebbe essere almeno 4, considerando una situazione in cui la sorgente termica (aria) ha una temperatura di 2° e l’acqua raggiunge una temperatura di mandata di 35°;
- per le pompe di calore acqua/acqua: il COP ideale dovrebbe aggirarsi intorno a 5,5, considerando una situazione in cui l’acqua di falda ha una temperatura di 10° e il fluido termovettore (acqua) raggiunge una temperatura di mandata di 35°.
Come Varia il COP
Il coefficiente di prestazione di una pompa di calore non è un valore assoluto ma varia in base alla temperatura della fonte da cui assorbe il calore e alla temperatura di mandata, ossia la temperatura che deve raggiungere l’acqua del mio impianto.
La temperatura della sorgente termica, cioè aria, acqua, terra, dalla quale viene assorbito il calore, riveste un ruolo importante. Ad esempio, la temperatura dell’aria può variare a seconda delle stagioni, a differenza di quella dell’acqua di falda che rimane costante durante tutto l’anno.
Questo impatta principalmente sulle pompe di calore aria-acqua, mentre quelle geotermiche sono meno influenzate. Un aumento della temperatura della fonte termica si traduce in un minore consumo di energia elettrica per il riscaldamento ambientale. Al contrario, con il calo delle temperature, il COP diminuisce, comportando un aumento dei consumi della pompa di calore.
Anche la temperatura di mandata, ovvero la temperatura dell’acqua che scorre nelle tubazioni di alimentazione (in mandata) di un sistema di riscaldamento, costituisce un elemento chiave. Più sarà bassa la temperatura di mandata, minori saranno i consumi di energia elettrica e maggiore sarà il COP della pompa di calore.
Essendo la pompa di calore una macchina che assorbe energia termica da fonti esterne (aria, acqua e suolo), i consumi dipendono anche dalla rigidità delle condizioni climatiche esterne.
Un consiglio prezioso è quello di contestualizzare i dati di efficienza che si possono leggere sulla scheda tecnica del prodotto. Infatti, sul documento tecnico deve essere indicata la temperatura di riferimento associata al valore del COP. Se il COP è dichiarato con condizioni esterne favorevoli (es. 10°C) capirai anche tu che il valore del coefficiente è relativo.
COP e Consumi: Come Ottimizzare
Partiamo dal presupposto che i costi di utilizzo della pompa sono connessi all’assorbimento di energia elettrica. Per andare a compensare queste spese bisognerebbe avere un impianto che fornisce energia elettrica gratuita.
Cosa c’è di meglio se non un impianto fotovoltaico? Basta pensare al grande vantaggio che è possibile avere in una giornata di sole invernale: nonostante il cielo è limpido, la temperatura è molto fredda, quindi un’abitazione ha bisogno di energia termica per essere riscaldata. I pannelli fotovoltaici installabili sul tetto producono energia gratuita e pulita grazie ai raggio solari.
Perciò, oltre ai classici consigli sull’evitare di impostare temperature interne di 25°C solo per stare in casa con la maglietta a maniche corte nel mese di gennaio, è bene prestare attenzione ad un altro comportamento più sottile.
Molto spesso, infatti, le persone impostano alte temperature per brevi periodi di tempo (per esempio due ore) e poi spengono il sistema di riscaldamento una volta raggiunta la temperatura ideale. Così facendo, dopo poco tempo, avranno ancora un clima freddo in casa e andranno a riaccendere al massimo il riscaldamento.
Fattore di Rendimento Stagionale (SPF)
Per rispondere a questa domanda si può utilizzare il fattore di rendimento stagionale (SPF: Seasonal Performance Factor): un indicatore della quantità di elettricità necessaria per fornire calore nell'arco di un intero anno. In pratica, più alto è il fattore di rendimento stagionale, più bassi sono i costi di riscaldamento.
Diversamente dal coefficiente di prestazione di una pompa di calore (COP) che è un valore puntuale riferito a determinate condizioni di funzionamento (ad esempio 7°C aria esterna e 35°C mandata dell’acqua all’impianto), il fattore di prestazione stagionale copre un periodo di tempo più esteso che, generalmente, è di un anno intero oppure una stagione di riscaldamento.
Per determinare il fattore di rendimento stagionale, si sono diffusi diversi metodi. Quello più affidabile, naturalmente, è il calcolo basato sui valori di misura che gli esperti chiamano anche fattore di prestazione stagionale (SPF).
N.B: è necessario verificare le grandezze che vengono misurate. Se i contatori, ad esempio, registrano solo il consumo di elettricità del compressore, la lettura alla fine dell’anno sarà inferiore a quella che si ottiene misurando il consumo dell’intero sistema di riscaldamento. Questo influisce, a sua volta, sul fattore di rendimento stagionale della pompa di calore.
Per farlo, è necessario leggere i contatori a intervalli regolari e annotare i valori. Quindi calcolare la quantità di energia trasferita e prelevata in un anno. A tal fine, sottrarre i valori dell'anno precedente da quelli dell'anno in corso.
Se non sono coinvolti altri generatori di calore, è possibile equiparare il calore trasferito al fabbisogno termico dell’edificio. Per conoscere questo dato si possono consultare i vecchi conteggi oppure i documenti forniti dal proprio consulente energetico.
Per ottenere il consumo energetico in kWh, infine, bisogna dividere il fabbisogno di calore con il fattore di rendimento stimato della vostra pompa di calore che, moltiplicato per il prezzo attuale dell’elettricità, permette di ottenere i possibili costi di riscaldamento durante un anno.
Esempio di calcolo:
Il contatore di calore mostra una lettura di 12.000 kWh e quello di elettricità di 4000 kWh. Un vecchio edificio richiede 15.000 kWh di calore all'anno e l'intenzione è quella di installare una pompa di calore. Un esperto verifica le condizioni locali e calcola un fattore di rendimento stagionale pari a tre. Con la seconda equazione si calcola un consumo di energia di 5.000 kWh.
Come Migliorare il Rendimento Stagionale
- Ridurre la variazione di temperatura: Nel caso di un valore basso, il compressore deve fare meno lavoro per ottenere la stessa quantità di calore del sistema.
- Pompe di calore geotermiche: accedono a una fonte di calore con un livello di temperatura più elevato e raggiungono un migliore fattore di rendimento stagionale.
- Regolare la curva di riscaldamento: impostando correttamente la curva di riscaldamento, si adatta in modo ottimale la regolazione del riscaldamento dell’edificio.
- Bilanciamento idronico: durante il bilanciamento idronico, i tecnici esperti regolano il sistema di riscaldamento in modo che fornisca a tutti gli ambienti l’esatta quantità di calore di cui hanno bisogno.
- Sostituire le superfici riscaldanti: Un grande potenziale di risparmio si nasconde nell'area delle superfici di riscaldamento.
- Isolamento termico dell’edificio: se si sostituiscono le finestre, o si isolano le pareti, il fabbisogno di calore si riduce e l’impianto di riscaldamento può funzionare con temperature di mandata più basse.
Altri Indicatori di Efficienza
Oltre al fattore di rendimento stagionale, esistono diversi altri indicatori dell'efficienza delle pompe di calore. Questi includono il coefficiente di prestazione (COP) e l'efficienza energetica stagionale per il riscaldamento degli ambienti.
- Coefficiente di prestazione (COP): Il coefficiente di prestazione di una pompa di calore, determinato in condizioni di laboratorio, è spesso riportato nella documentazione del produttore.
- Efficienza energetica stagionale del riscaldamento degli ambienti: L'efficienza energetica stagionale per il riscaldamento degli ambienti descrive l'impatto ambientale del sistema di riscaldamento.
Di tutti gli indicatori presentati, solo il fattore di rendimento stagionale dice qualcosa sull'effettiva efficienza di una determinata pompa di calore.
È importante sapere anche che il COP varia in base alla temperatura esterna. Più fuori fa freddo, più il COP si abbassa e minore è l’efficienza della pompa di calore. Quando la sorgente fredda è l’aria, la temperatura può scendere anche al di sotto dello zero. In questa condizione il valore del COP peggiora significativamente e la pompa di calore si disattiva.
Pompe di Calore: Informazioni Tecniche Utili
Chi acquista un nuovo sistema di riscaldamento deve essere informato sui prodotti e le loro caratteristiche: è indispensabile che l’impianto si adatti alle esigenze domestiche, garantendo comfort in casa ma anche efficienza e risparmio.
Una delle tipologie più comuni di pompe di calore utilizzate per riscaldamento domestico è quella che estrae il calore presente nell’aria esterna e tramite un circuito chiuso ad acqua lo distribuisce all’interno. Queste sono chiamate pompe di calore Aria/Acqua.
Prima di tutto, è bene verificare il campo di funzionamento: il valore minimo della temperatura esterna ci aiuta a comprendere fino a quanti gradi la pompa di calore sia in grado di operare e di riscaldare la nostra abitazione.
La temperatura esterna ha inoltre effetto sull’efficienza della pompa di calore: se le condizioni climatiche esterne sono molto rigide, la pompa di calore farà più fatica a riscaldare gli ambienti domestici, pertanto è utile verificare, prima dell’acquisto, il Coefficient Of Permormance (COP), che indica l’efficienza della pompa di calore in rapporto alla potenza elettrica consumata (kW) con la potenza termica prodotta (kW).
Conoscere i valori del COP aiuta a valutare la bontà di funzionamento dell’impianto scelto. Poiché il COP non è sempre lo stesso ma è un valore calcolato per ogni condizione operativa, è utile guardare anche lo SCOP (Seasonal Coefficient of Performance). Questo coefficiente valuta in che modo lavora la pompa di calore sia in relazione alle condizioni termiche sia alla sua applicazione in base alle temperature dell’impianto per tutta la durata della stagione del riscaldamento.
Per aiutare nella comparazione delle varie pompe di calore il normatore ha definito delle metodologie di calcolo dello SCOP. Non solo: per le pompe di calore per applicazioni residenziali ha anche introdotto il concetto di Classe Energetica, in cui la lettera A seguita da tre + indica la prestazione migliore.
La terza informazione importante sulle pompe di calore riguarda la temperatura dell’acqua nell’impianto che si ha in casa. Anche in questo caso la legge ci viene in aiuto.
Perché Conoscere il COP è Importante?
Il COP è un parametro fondamentale per capire se la pompe di calore che hai scelto consumerà di più o meno rispetto ad un’altra.
Per chi abita in zone particolarmente fredde, come quelle alpine, avrà più senso valutare l’efficienza della pompa di calore quando la temperatura esterna è almeno a -2, se non addirittura a -7. Per chi, invece, si trova in zone calde, la valutazione si orienterà sul COP a +2 o a +7 gradi.
Funzionamento della Pompa di Calore
La pompa di calore fornisce tutto l'anno energia termica per il riscaldamento e l'acqua calda sanitaria. La pompa di calore utilizza infatti l'energia dell'aria, del suolo o dell'acqua di falda e la converte in energia termica.
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.
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.
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.
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