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Le pompe di calore rappresentano una tecnologia sempre più centrale per la transizione verso un riscaldamento sostenibile a livello globale. Si tratta di una soluzione che il mercato ricerca sempre di più proprio per la sua efficienza energetica e sostenibilità, in un momento storico in cui il risparmio di energia diventa fondamentale.

Del resto, gli obiettivi europei per lo sviluppo sostenibile e l’efficienza energetica prevedono di ridurre le emissioni di gas a effetto serra di almeno il 55% entro il 2030 rispetto ai livelli del 1990, in modo che l’Europa possa diventare il primo continente a impatto climatico zero entro il 2050.

Tuttavia, nel 2024 le vendite di pompe di calore sono calate del 47% rispetto allo stesso periodo dell’anno precedente, il che conferma le sfide imposte dai costi energetici. Nonostante il calo delle installazioni di pompe di calore nel 2024, la tecnologia continua a offrire un contributo significativo alla riduzione delle emissioni di gas e CO₂ in Europa.

Secondo i dati della European Heat Pump Association (EHPA), i 24 milioni di pompe di calore attualmente installate evitano ogni anno l’utilizzo di 5,5 miliardi di metri cubi di gas, una quantità pari al 1,6% del consumo annuo complessivo dell’Unione Europea.

Con l’obiettivo di 60 milioni di pompe di calore installate entro il 2030, il potenziale di riduzione aumenterebbe a 112 megatonnellate di CO₂ e 13,7 miliardi di metri cubi di gas risparmiati ogni anno. Tuttavia, la contrazione delle vendite di quasi il 50% nella prima metà del 2024, dovuta a politiche nazionali variabili e al ribasso più lento dei costi dell’elettricità rispetto a quelli del gas, mette a rischio questi traguardi.

Principi di Funzionamento e Componenti Chiave

La pompa di calore è un generatore di calore, un impianto tecnologico che può essere utilizzato per il riscaldamento, il raffrescamento e la produzione di acqua calda sanitaria. Esistono diverse tipologie di pompe di calore, ma il loro funzionamento si basa sui medesimi principi. Tale materia viene sottoposta a pressione nel compressore e questo processo rilascia calore.

Il gas confluisce nel condensatore e con il suo calore alimenta i radiatori della casa. Il funzionamento è analogo a quello del frigorifero che toglie il calore dagli alimenti e lo disperde nell'ambiente attraverso la serpentina.

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:

Fase 1: 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.
Fase 2: nel compressore, il refrigerante - ora in stato gassoso - viene compresso e riscaldato da un compressore azionato elettricamente.
Fase 3: 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.
Fase 4: 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

A seconda della fonte energetica da cui prelevano energia, le pompe di calore si differenziano in 4 tipologie: aria-aria, aria-acqua, acqua-acqua, terra-acqua.

Pompe di calore aria-aria: sono una soluzione impiantistica abbastanza semplice e molto efficienti, i massimi risultati si ottengono in zone dal clima abbastanza mite, con temperatura che non scendono sotto i -10°C e il rischio che la condensa si trasformi in ghiaccio è basso.
Pompe di calore aria-acqua: riscaldano e raffrescano invece l'acqua di impianto (o l’acqua calda sanitaria) utilizzando l'aria esterna all’abitazione.
Pompe di calore ad acqua: funzionano prelevando calore da un’altra risorsa: l’acqua, che viene ricavata principalmente da falda o pozzi sotterranei. Per quanto riguarda il fluido utilizzato per il riscaldamento, a cui si trasferisce il calore generato, possono essere utilizzate sia aria, che acqua.
Pompe di calore geotermiche: si servono del calore del terreno. Di contro, sono più complesse, perché utilizzano tubazioni (sonde geotermiche) da installare perforando il terreno, che possono essere disposte in verticale, andando molto in profondità, o in orizzontale.
Pompe di calore ad assorbimento: meno comuni delle altre tipologie, sfruttano una sorgente termica a bassa temperatura e una ad alta temperatura, non utilizzano un compressore meccanico.

Temperatura di Evaporazione Ottimale

Nel caso in cui il circuito frigorifero debba raffreddare l’acqua di un circuito secondario, destinata al raffrescamento di un ambiente, come nel caso dei chiller, ad esempio, la temperatura di evaporazione viene mantenuta attorno a valori leggermente inferiori a 5°C. Infatti, molto spesso, 5°C è la temperatura che deve raggiungere l’acqua che esce dallo scambiatore di calore e che viene inviata alle utenze (ventilconvettori, travi fredde ecc.) dell’impianto.

Tale acqua, infatti, anche se può essere miscelata con additivi che ne abbassano il suo punto di congelamento, corre sempre il rischio di solidificare quando all’interno dell’evaporatore si raggiungono temperature negative. Tali temperature si possono raggiungere in occasione di malfunzionamenti dell’impianto e, per evitare tale eventualità, particolare cura va posta ai dispositivi di protezione installati sul circuito idraulico.

Tra i principali sicuramente possiamo ricordare il termostato antigelo ed il flussostato, di solito montati sulla mandata dell’acqua refrigerata, che hanno il compito di arrestare l’impianto frigorifero non appena si entra in condizioni critiche di funzionamento. Il primo interviene quando la temperatura dell’acqua in uscita dall’evaporatore scende a valori troppo bassi mentre il secondo arresta il compressore quando la portata di acqua che lascia l’evaporatore è troppo esigua.

Installazione e Requisiti di una Pompa di Calore Acqua-Acqua

Installare una pompa di calore acqua-acqua richiede un’attenta analisi preliminare sull’edificio, sull’acqua di falda disponibile e sui possibili impatti ambientali a lungo termine. A mero titolo di esempio, flussi e temperature dell’acqua potrebbero risultare non idonei per lo sfruttamento, oppure, la sorgente acquifera potrebbe essere non sufficientemente “pura” per un utilizzo sicuro.

Generalmente si affronta quest’ultima problematica con l’impiego di una sonda a circuito chiuso, in cui circola una miscela di acqua-glicole che interagisce solo energeticamente con la falda.

Successivamente, se non esiste già, è fondamentale progettare e realizzare correttamente il pozzo.

Come abbiamo visto, esistono due tipologie di pozzi:

quello di aspirazione, chiamato anche pozzo di estrazione che ha il compito di prelevare l’acqua di falda e portarla in superficie, dove viene diretta verso lo scambiatore di calore della pompa di calore acqua-acqua;
quello di assorbimento, chiamato anche pozzo di drenaggio: che reintroduce l’acqua di falda raffreddata nel sottosuolo, permettendole di reintegrarsi nel ciclo naturale dell’acqua.

Requisiti per l’Esercizio di una Pompa di Calore Acqua-Acqua

Per riscaldare e produrre acqua calda utilizzando una pompa di calore acqua-acqua è necessario ottenere l’autorizzazione dalle autorità competenti per le risorse idriche. Questo permesso varia a seconda della Regione e richiede un esame dettagliato del sistema idraulico.

Per garantire il corretto funzionamento dell’impianto, è essenziale eseguire analisi dell’acqua per rilevare la presenza di sostanze che potrebbero danneggiare il sistema nel tempo, come sali o altri contaminanti.

Quindi, è fondamentale determinare la qualità della falda acquifera per verificare la sua idoneità all’uso in un sistema acqua-acqua. Il flusso d’acqua deve essere costante e privo di significative fluttuazioni stagionali per garantire un rendimento ottimale della pompa di calore durante tutto l’anno.

È preferibile che la temperatura della falda rimanga stabile, riducendo così il fabbisogno energetico per il riscaldamento. La profondità della falda dovrebbe variare tra i 3 e i 30 metri sotto la superficie, evitando perforazioni troppo complesse.

Inoltre, il volume d’acqua deve essere sufficiente a soddisfare le esigenze dell’impianto, accessibile in modo sicuro e conforme alle normative locali.

Considerazioni sull’Edificio

Prima di mettere in esercizio una pompa di calore acqua-acqua, è importante valutare anche l’edificio in cui sarà installata. Per un funzionamento efficiente della pompa di calore, è essenziale che l’edificio sia ben isolato termicamente e che la temperatura di mandata dell’impianto di riscaldamento sia la più bassa possibile, la soluzione ideale vede l’accoppiamento di una pompa acqua-acqua con un impianto a pannelli radianti.

Vantaggi e Svantaggi delle Pompe di Calore Acqua-Acqua

Le pompe di calore acqua-acqua presentano numerosi vantaggi, ma anche alcuni svantaggi.

Vantaggi

Risparmio energetico: utilizzano l’energia termica dell’acqua sotterranea o di un lago, una fonte gratuita e rinnovabile con costi operativi ridotti.
Elevata efficienza: hanno un alto coefficiente di prestazione (COP), producendo più energia termica di quella elettrica consumata.
Raffrescamento estivo: possono essere impiegate anche per raffrescare ambienti durante l’estate, rendendole versatili sia per il riscaldamento che per il raffrescamento.
Lunga durata: con una vita media di circa 25 anni, queste pompe sono robuste e prive di parti soggette a usura meccanica.

Svantaggi

Costi iniziali: l’installazione è costosa, soprattutto per gli scavi necessari per accedere all’acqua sotterranea.
Requisiti specifici: necessitano della presenza di un corso d’acqua o di una falda acquifera nelle vicinanze, un requisito che può essere difficile da soddisfare in aree urbane.
Manutenzione: richiedono manutenzione regolare per evitare problemi di intasamento degli scambiatori di calore, comportando costi aggiuntivi.
Restrizioni normative: in alcune regioni, le autorità locali possono imporre restrizioni sull’uso di queste pompe a causa di potenziali impatti ambientali, limitando la possibilità di installazione.

Coefficiente di Prestazione (COP)

Quando si considera l’installazione di una pompa di calore acqua-acqua, un fattore importante da valutare per capire se la pompa di calore scelta consumerà di più o meno rispetto ad un’altra è l’efficienza di funzionamento, espressa attraverso il Coefficiente di Prestazione (COP).

Il COP rappresenta il rapporto tra l’energia termica generata e l’energia elettrica assorbita. Indica la quantità di energia impiegata dalla macchina per ottenere una certa quantità di calore ed è presente all’interno della cosiddetta scheda tecnica.

Oltre al COP va considerato l’indice SCOP (coefficiente di prestazione stagionale) che valuta il funzionamento in base a diverse temperature dell’aria esterna ed indica il rapporto tra il fabbisogno annuo e il consumo elettrico annuo dedicato al riscaldamento.

L’indice SCOP può essere stimato da un progettista, utilizzando un software termotecnico in cui si mettono in correlazione i dati di progetto dell’abitazione, le condizioni climatiche della località di installazione e le prestazioni della pompa di calore alle diverse condizioni di esercizio.

Costi di una Pompa di Calore Acqua-Acqua

Il costo di una pompa di calore acqua-acqua può variare considerevolmente a seconda di diversi fattori, inclusi le dimensioni dell’unità, la complessità dell’installazione e la disponibilità di una fonte d’acqua adatta. In generale, l’acquisto e l’installazione di una pompa di calore acqua-acqua possono risultare più costosi rispetto ai sistemi di riscaldamento convenzionali come le caldaie a gas, ma garantiscono un notevole risparmio in bolletta.

Incentivi e Detrazioni Fiscali

Le pompe di calore permettono l’accesso all’Ecobonus al 65% fino al 31 dicembre 2024 e al Bonus Casa, nel caso si stiano eseguendo interventi di ristrutturazione o manutenzione straordinaria. In questo caso, la percentuale di spesa detraibile è del 50% fino al 31 dicembre 2024. Infine, le pompe di calore, installate in sostituzione di un impianto di riscaldamento preesistente, rientrano nel sistema di incentivi previsti dal GSE e annoverati nel Conto Termico 2.0.

Il GSE, entro circa due mesi dalla convenzione, arriva a rimborsare il 65% della spesa tramite bonifico. Per verificare se un modello di pompa di calore possiede i requisiti per accedere agli incentivi del conto termico si può consultare il catalogo degli apparecchi domestici del GSE, le pompe di calore si trovano nella tipologia 2A e 2E per i sistemi ibridi.

La Legge di Bilancio recentemente bollinata alla Camera e che dovrà essere pubblicata in Gazzetta Ufficiale entro il 31/12/2024 ha confermato il bonus ristrutturazioni al 50% ma solo per le prime case.

L’ecobonus, che incentiva le tecnologie di efficientamento energetico, scende dal 65 al 50%, anche in questo caso per le prime case; per le seconde case entrambi passano al 36%.

Pompe di calore ACS SIC Sistemi

Le pompe di calore per ACS SIC Sistemi sono progettate specificamente per evitare i problemi di prestazioni insufficienti. Utilizzando compressori rotativi con tecnologia inverter, mantengono un COP nominale elevato anche con temperature esterne fino a -15°C. Il range operativo esteso (-20°C/+43°C) e la modulazione di potenza continua dal 25% al 100% garantiscono un funzionamento ottimale in ogni condizione climatica, integrandosi perfettamente con sistemi radianti a bassa temperatura.

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