Le pompe di calore si stanno affermando come una valida alternativa per il riscaldamento di strutture abitative e per la climatizzazione di uffici e fabbriche, grazie ai minori consumi energetici garantiti da questi impianti e in particolare dalle pompe di calore geotermiche.
Una pompa di calore è un generatore di calore, che sfrutta il calore presente in natura (aria, acqua o suolo) per il riscaldamento, il raffrescamento e, in alcuni casi, anche per la produzione di acqua calda sanitaria. Per farlo utilizza energia elettrica e nessun tipo di combustibile fossile, motivo per cui la si può considerare una scelta sostenibile per l’ambiente, che garantisce anche un certo risparmio economico.
Cosa Sono le Pompe di Calore?
Le pompe di calore sono sistemi progettati per prelevare energia termica da un ambiente e rilasciarla in un secondo ambiente a temperatura superiore (riscaldamento) o inferiore (raffrescamento). Per effettuare il trasferimento, una pompa di calore si serve dell’energia termica presente nell’aria, nel sottosuolo, nelle falde acquifere, ecc.
Per capire come funziona una pompa di calore usata per riscaldare gli ambienti interni, dobbiamo immaginare un frigorifero il cui meccanismo di funzionamento è invertito. Il frigorifero, infatti, estrae calore dall’interno a temperatura inferiore per portarlo verso l’esterno a temperatura superiore; una pompa di calore estrae calore da elementi esterni come l’aria, la terra o l’acqua e lo porta all’interno dell’edificio dove la temperatura è superiore.
All’opposto, una pompa di calore usata per abbassare la temperatura degli ambienti funziona come un frigorifero.
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In commercio sono disponibili diversi gruppi termoelettrici aria-aria e aria-acqua con coefficiente di prestazione (CoP) elevato, tra cui scegliere la pompa di calore più adatta al contesto di installazione.
Come Funzionano le Pompe di Calore?
La loro funzione è quella di trasportare energia termica allo scopo di riscaldare o raffrescare un ambiente. Il funzionamento dell’apparato dipende da quattro elementi di base:
- Compressore: ha il compito di generare una differenza di pressione per avviare il ciclo termodinamico.
- Evaporatore: parte del sistema di scambio dove il fluido evapora a bassa pressione mentre assorbe il calore. Qui avviene anche la fase di compressione.
- Condensatore: il fluido evaporato e compresso condensa ad alta pressione nel condensatore per rilasciare il calore accumulato nelle fasi precedenti.
- Valvola di laminazione: nell’ultima fase del ciclo, il fluido transita in quest’area della pompa di calore dove la pressione viene ridotta per riportare il fluido allo stato di liquido.
Un ruolo importante nel meccanismo di funzionamento di una pompa di calore è rivestito dallo scambiatore di calore a piastre o di altra concezione, che al termine del processo cede il calore generato all’interno della pompa di calore.
Pompe di Calore per il Riscaldamento: Come Funzionano
Il principio di funzionamento delle pompe di calore per il riscaldamento degli ambienti è identico a quello spiegato nella sezione precedente.
Va ricordato che le pompe di calore funzionano al meglio in presenza di un’ampia superficie di scambio in grado di garantire il massimo rendimento energetico.
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Nei casi in cui gli ambienti da riscaldare siano dotati di radiatori, possono essere adottate altre soluzioni classiche, comunque efficaci. Si pensi agli impianti di riscaldamento centralizzati dove la distribuzione del calore è affidata ai radiatori. In questi casi, per migliorare l’efficienza dell’impianto può essere indicato l’uso di una pompa per impianti di riscaldamento centralizzati, che forza l’acqua calda prodotta dalla caldaia a scorrere più rapidamente nell’impianto in modo tale che sia ancora calda quando giunge ai radiatori più lontani.
Pompe di Calore Aria-Acqua: Come Funzionano
La pompa di calore aria-acqua produce acqua sanitaria calda o la rende disponibile per il riscaldamento degli ambienti interni, prelevando il calore presente nell’aria esterna all’edificio. Vediamo in dettaglio come funzionano le pompe di calore aria-acqua.
L’aria esterna viene indirizzata verso uno scambiatore in cui circola un liquido scambiatore resistente al gelo. Essendo il liquido più freddo dell’aria esterna, preleva il calore dall’aria riuscendo a lavorare anche con temperature sottozero.
Il liquido refrigerante, che vaporizza anche a basse temperature, entra nel compressore dove viene compresso per innalzarne ulteriormente la temperatura. A questo punto il calore viene trasferito al circuito di riscaldamento o all’acqua sanitaria.
Va ricordato che la differenza di temperatura tra il liquido scambiatore e l’aria esterna è fondamentale per il funzionamento e per la resa della pompa di calore aria-acqua.
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Pompe di Calore ad Alta Efficienza
Per capire se una pompa di calore è ad alta efficienza, è sufficiente controllare il coefficiente di prestazione (Coefficient of Performance, CoP) che serve a calcolare il rapporto tra la capacità in riscaldamento (espressa in kWh) fornita dalla pompa di calore e l’energia elettrica consumata (espressa ancora in kWh).
Se il valore è compreso tra 3 e 6, ciò significa che per ogni kilowatt elettrico consumato ogni ora vengono prodotti tra i 3 e i 6 kWh di energia termica. Va da sé che maggiore è il CoP, più il generatore è considerato efficiente.
Da un punto di vista tecnico, le pompe di calore ad alta efficienza per eccellenza sono quelle geotermiche.
Pompe di Calore Geotermiche: Come Funzionano
La pompa utilizza un sistema di accumulo per garantire il riscaldamento e il raffrescamento, e opzionalmente può essere dotata di un bollitore per la produzione di acqua calda sanitaria. Il sistema così costituito costituisce la centrale termica della pompa di calore geotermica.
A differenza degli altri sistemi, un sistema geotermico sfrutta la differenza di temperatura del sottosuolo rispetto alla temperatura interna dell’edificio.
La temperatura nel sottosuolo, a diversi metri di profondità, resta invariata in qualsiasi periodo dell’anno (+12/+14 °C); per questo è più fresca d’estate, quando generalmente negli edifici fa più caldo, ed è più calda d’inverno, quando il termometro può scendere anche sotto lo zero.
Grazie alla temperatura costante nel sottosuolo che si presenta con valori più bassi d’estate e più alti nei mesi freddi dell’anno, le pompe di calore geotermiche sono considerate le più efficienti e quelle con le rese più elevate in ogni stagione dell’anno.
Pompe di Calore Elettriche e a Gas
Oltre ai tipi fondamentali di pompe di calore già presentati, le pompe di calore possono essere suddivise in due categorie:
- Pompe di calore alimentate dall’elettricità
- Pompe di calore alimentate a gas
Le pompe di calore a gas si basano sul principio dell’assorbimento e utilizzano un bruciatore alimentato a gas naturale o GPL.
Il funzionamento delle pompe di calore elettriche, invece, si basa su un compressore attivato da un motore elettrico collegato alla rete elettrica.
Le pompe di calore elettriche sono generalmente più diffuse e utilizzate grazie alla minore complessità del sistema.
Vantaggi e Svantaggi delle Pompe di Calore
Vantaggi
- Basse emissioni: Le emissioni di CO2 sono inferiori di circa il 90% rispetto a quelle emesse da un sistema di riscaldamento a gas.
- Risparmio sui costi di manutenzione: Nonostante un prezzo di acquisto più elevato rispetto ai sistemi di riscaldamento tradizionali a gas, il loro costo operativo è estremamente basso.
- Alta efficienza (COP): Converte l’energia elettrica utilizzata in una quantità di energia termica da 3 a 4 volte superiore.
- Investimento sicuro e affidabile: “La pompa di calore rappresenta il futuro del riscaldamento domestico. Un edificio dotato di pompa di calore non solo rispetta le normative ambientali, ma ne aumenta anche il valore immobiliare, grazie a un sistema di riscaldamento moderno ed efficiente.”
- Elevata flessibilità: Le diverse soluzioni in pompa di calore presenti sul mercato rendono questa tecnologia molto versatile e adattabile a diverse soluzioni di installazione, in base a posizione e tipologia di edificio.
- Deterioramento basso: Una pompa di calore non genera temperature particolarmente elevate e dannose per i materiali.
Svantaggi
- Necessità di spazio per l’installazione: Tra i contro della pompa di calore, bisogna considerare le eventuali difficoltà di posizionamento dell’unità esterna, perché magari non è possibile installarla a vista sulla facciata dell’edificio.
- Alti costi d’installazione: Presentano alti costi d’installazione che variano in funzione di potenza, produttore , COP e della tipologia.
- Elevata rumorosità: Le pompe di calore presentano elevata rumorosità, sia per quanto riguarda la ventilazione dell’unità esterna, piuttosto elevata, e sia per i frequenti cicli di funzionamento della pompa stessa, che comportano continui avviamenti e arresti, in media i rumori sono pari a circa 50 decibel per l’unità esterna.
Tipologie di Pompe di Calore
- Pompe di calore acqua-acqua: Ideali per abitazioni con accesso a fonti d’acqua sotterranea, come pozzi. La loro installazione richiede spazio per i pozzi di estrazione e di assorbimento, quindi sono più adatte a ville o grandi appartamenti con giardini o aree esterne adeguate.
- Pompe di calore aria-aria: Possono facilmente riscaldare o raffrescare gli ambienti utilizzando l’aria esterna, risultando una soluzione efficiente e a basso costo per spazi ridotti.
- Pompe di calore aria-acqua: Sono versatili e possono essere utilizzate in appartamenti di dimensioni medie e villette.
- Pompa di Calore Geotermica Terra-Acqua: Offrono un’elevata efficienza energetica.
La seguente tabella riassume la tipologia di pompa di calore più adatta in base al tipo di appartamento:
| Tipo di pompa di calore | Tipologia di appartamento |
|---|---|
| Pompa di calore geotermica | Villetta |
| Pompa di calore aria-aria | Monolocale o appartamento di piccole dimensioni |
| Pompa di calore aria-acqua | Appartamenti di 100 metri quadri |
| Pompa di calore acqua-acqua | Villetta |
Il COP (Coefficient of Performance)
Il COP (Coefficient of Performance) è un parametro che misura l’efficienza di una pompa di calore, e ci permette di capire quanta energia termica viene prodotta rispetto all’energia elettrica consumata. Un COP elevato significa che la pompa di calore è molto efficiente, poiché genera più calore consumando meno elettricità.
Le pompe di calore geotermiche verticali sono generalmente le più efficienti, soprattutto perché sfruttano la temperatura costante del terreno o dell’acqua di falda a profondità che variano dai 50 ai 150 metri. A differenza delle pompe aria-acqua o aria-aria, queste pompe non risentono delle variazioni stagionali, garantendo un COP più stabile e elevato anche durante l’inverno.
Durata delle Pompe di Calore
La durata media di una pompa di calore varia generalmente tra i 15 e i 20 anni, influenzata da diversi fattori, ed è comparabile a quella delle caldaie tradizionali.
È importante sottolineare che una adeguata manutenzione, unita ad una pulizia dei filtri e dei controlli periodici del sistema, può allungare in modo significativo la vita dell’unità.
Fattori che Influenzano la Durata
- Dimensionamento corretto dell’impianto: Un’installazione accurata è fondamentale per garantire che la pompa di calore funzioni in condizioni ottimali fin dall’inizio.
- Isolamento termico: Anche le condizioni di esercizio hanno un impatto importante sulla durata di vita delle pompe di calore.
- Manutenzione: Infine, la manutenzione occupa un ruolo determinante nel prolungare la vita utile di una pompa di calore.
Suggerimenti per Migliorare l’Efficienza
- Massimizzare l’isolamento termico della casa.
- Affidarsi a un esperto per la configurazione e la regolazione della pompa di calore.
- Mantenere la temperatura costante.
- Eseguire una manutenzione periodica.
Consumi delle Pompe di Calore
Una pompa di calore da 5 kW ha un assorbimento di energia che varia tra 500 Watt e 2000 Watt, ma il consumo effettivo di elettricità cambia durante il suo funzionamento.
Prezzi delle Pompe di Calore
I prezzi delle pompe di calore dipendono da vari fattori fra cui la tipologia (aria-aria le più economiche, aria-acqua, geotermiche), la potenza termica, il COP e il marchio.
In media, il costo di una pompa di calore di base va da 1.200 a 5.000 euro, ma esistono anche modelli più cari a seconda delle performance e delle caratteristiche.
A questi costi, vanno aggiunti quelli relativi all’installazione, che possono differire in base al modello scelto e alla complessità del lavoro.
La seguente tabella riassume i costi medi di installazione:
| Tipo di pompa di calore | Costo medio di installazione (€) |
|---|---|
| Pompa di calore geotermica | 3.500 - 6.000 |
| Pompa di calore aria-acqua | 1.500 - 3.500 |
| Pompa di calore aria-aria | 1.200 - 4.500 |
| Pompa di calore acqua-acqua | 2.000 - 5.000 |
Rumorosità delle Pompe di Calore
Uno dei luoghi comuni sulle pompe di calore è che siano rumorose, poichè emettono un rumore costante che potrebbe disturbare il sonno dei residenti o addirittura dei vicini, in media sui 50 decibel.
Incentivi per le Pompe di Calore nel 2024
In Italia puoi usufruire degli incentivi Ecobonus, che offre detrazioni fiscali per interventi di efficientamento energetico. Inoltre, sono disponibili anche detrazioni Irpef per interventi di ristrutturazione edilizia e manutenzione ordinaria e straordinaria, racchiuse all’interno del Bonus Casa. Infine, il Conto Termico è un contributo statale messo a disposizione di aziende e privati che incentiva interventi sia per l'incremento dell'efficienza energetica che per la produzione di energia da fonti rinnovabili.
Pompa di Calore o Caldaia?
La pompa di calore funziona ad elettricità ed è un sistema di riscaldamento efficiente: la quantità di energia elettrica necessaria per attivarsi è estremamente minore rispetto al calore che riesce a produrre. La capacità calorifica di una pompa di calore è strettamente collegata alle condizioni climatiche. Sotto i 7°C risulta inefficiente.
Nelle stufe a pellet la produzione di calore avviene con una combustione, e questo comporta una minima quantità di emissioni in atmosfera. Tuttavia il pellet è un derivato del legno, quindi è una fonte energetica rinnovabile, a impatto zero in termini di emissioni di CO2.