POMPE DI CALORE: tipologie a confronto. Guida alla scelta giusta.

La pompa di calore è un sistema ad alta efficienza che utilizza energia da fonte rinnovabile. 1 kWh di energia elettrica produce fino a 5 KWh di energia termica.

pdc
Tipi di pompe di calore

Questo perché, da un lato utilizza per il suo funzionamento energia proveniente da fonti rinnovabili (aria, acqua, suolo), dall’altro abbatte drasticamente le emissioni di CO2 se paragonata ad un apparecchio tradizionale (caldaia a gas o gpl). Possiede inoltre un rendimento elevato. Per questo, rientra tra gli interventi incentivabili dal conto termico e le detrazioni fiscali.

Alle condizioni ideali infatti, una pompa di calore, può avere un rendimento fino a 5 (1 kWh di energia elettrica produce fino a 5 KWh di energia termica). E’ quindi estremamente vantaggiosa.

Le pompe di calore si distinguono in base al principio di funzionamento (a compressione o ad assorbimento) e al tipo di fonte rinnovabile usata. Qui tratteremo esclusivamente le macchine a compressione che usano l’energia elettrica invece del gas.

Come funziona una Pompa di Calore

La pompa di calore è un “sistema” che sfrutta le caratteristiche di un ciclo termodinamico (ciclo di Carnot) per trasferire il calore da una “sorgente” a temperatura inferiore a un utilizzatore a temperatura superiore, realizzando quindi una trasformazione in senso inverso a quanto avviene in natura, ove il flusso termico tende a trasferirsi spontaneamente da un corpo più caldo ad uno più freddo. Proprio come una pompa che trasporta un liquido da un quota più bassa verso l’alto. Ciò è possibile solo fornendo energia alla macchina.

Il ciclo di Carnot è lo stesso alla base del funzionamento del frigorifero, noto anche con questo nome (ciclo frigorifero).

pompa di calore
Funzionamento della pompa di calore

Grazie alla possibilità di reversione del suo ciclo (caldo/freddo) può essere usata sia per

  • la climatizzazione invernale (riscaldamento)
  • la climatizzazione estiva (raffrescamento)
  • la produzione di acqua calda sanitaria (ACS)

da sola, o in combinazione con una caldaia a condensazione

pdc funzionamento estate inverno
Reversibilità della pompa di calore

Classificazione delle pompe di calore

In riferimento alla tipologia di sorgente termica utilizzata le pompe di calore vengono classificate come aerotermiche, geotermiche o idrotermiche se sfruttano, rispettivamente l’aria, il terreno o l’acqua di falda. Ognuna ha i propri vantaggi ed i rispettivi limiti, da considerare nella scelta più opportuna rispetto alle specifiche caratteristiche (climatiche, morfologiche, tecniche) del caso oggetto di intervento.

sorgenti PdC
Varietà di sorgenti termiche

Pompa di Calore aerotermica (sorgente: aria)

E’ la tipologia più diffusa di Pompe di calore. Questo perché non hanno bisogno di grossi costi di investimento, in quanto la sorgente fredda da cui prelevare il calore ha il vantaggio di essere disponibile ovunque. Tuttavia, l’efficienza delle pompe di calore dipendono dalla temperatura dell’aria esterna, e ne sono direttamente proporzionali: diminuisce al diminuire della temperatura della sorgente. Hanno un’ottima resa nei climi miti: al di sotto dei 2°C il rendimento è minimo.

In base al tipo di scambiatore, si distinguono in Pompe di Calore:

  • aria-aria, se i terminali di distribuzione utilizzano l’aria come veicolo (split, fancoil)

Sono le più diffuse. Semplici, facili da installare e costi ridotti.

  • aria-acqua, se il mezzo scambiante è l’acqua (radiatori, pannelli radianti)

Meno diffuse. Costi di installazione maggiori, ma possono essere usate anche per produrre acqua calda sanitaria.

Per una Temp. Est. pari a 10 °C si ha un COP di circa 3

Pompe di calore aerotermiche
Pompe di calore aerotermiche

Vantaggi

  • Costi contenuti
  • Facilità di realizzazione
  • Sorgente di facile reperimento

Svantaggi

  • Temperatura della sorgente variabile, non stabile
  • Efficienza variabile
  • Inefficiente per basse temperature esterne
  • Impatto visivo

Pompa di Calore idrotermica (sorgente: acque superficiali o di falda)

L’acqua come sorgente di calore, risente meno degli sbalzi termici dell’aria, garantendo prestazioni più affidabili, a fronte di maggiori costi di investimento per le tubazioni.

Sono anche dette pompe di calore acqua-acqua, perché usano sia come sorgente termica che come fluido termovettore, l’acqua appunto.

Il grande vantaggio nell’uso dell’acqua quale mezzo di scambio termico consiste nel poter adoperare queste macchine sia come condizionamento (estivo/invernale) che per la produzione di acqua calda sanitaria. Tre funzioni in una. A fronte però di costi sia per impianti che per la stessa pompa di calore, più onerosi rispetto alla controparte ad aria.

L’abbinamento ideale, quello che permette di avere il massimo rendimento dalla PdC è con i pannelli radianti, che non necessitano di temperature elevate per funzionare. Nel caso di vecchi edifici e quindi impianti, nelle ristrutturazioni o riqualificazioni energetiche, è a particolarmente adeguata poiché si adatta bene ad essere combinata con i radiatori. Bisogna però scegliere la versione HT (ad alta temperatura), perché si sa, i termosifoni vogliono temperature superiori ai 50-60 gradi. Così pure l’acs.

Pompa di Calore geotermica (sorgente: terreno)

Le Pompe di Calore Terra/acqua sfruttano il calore del terreno e lo sottraggono per mezzo dei tubi al cui interno scorre un liquido, miscuglio di acqua e antigelo. Tra le tipologie di sorgenti, la PdC geotermica è quella che assicura il maggior rendimento (fino a 5).

Il più grande vantaggio rispetto all’aria, è nella sua costanza di temperatura (ad una certa profondità – dai 50 ai 200m in base alle latitudini – si mantiene intorno ai 15 gradi). Questo permette di avere un controllo anche sul rendimento della macchina e di conseguenza sui consumi e sui costi di gestione, molto meno suscettibili alle variazioni climatiche. E’ un tipo di energia stabile ed affidabile.

Ma come si realizza un impianto del genere? Va fatto uno scavo nel terreno (la profondità varia in relazione alle indagini geologiche) e all’interno vengono posizionati dei collettori (tubi in polietilene ad alta resistenza), dentro i quali scorre un fluido refrigerante (acqua + antigelo) che ha il compito di scambiare calore con il terreno e convogliarlo alla pompa di calore. Le uniche difficoltà che si possono riscontrare sono nelle dimensioni dello scavo in superficie o in profondità.

Gli scambiatori, in base all’assetto dell’impianto, si distinguono in:

  • superficiali
  • profondi
PdC geotermiche
Pompe di calore geotermiche

Collettori superficiali

I collettori superficiali, a fronte di una minore spesa e maggior facilità d’installazione, sono meno diffusi. Questo perché:

  • hanno bisogno di una superficie pari a 2/3 volte quella da scaldare
  • impediscono l’uso del terreno per altri utilizzi (no alberi, no costruzioni…)
  • hanno una resa energetica minore e variabile

Gli scambiatori sono tubazioni all’interno delle quali scorre un fluido termovettore (acqua + antigelo). Possono avere varie forme: a serpentina, a chiocciola, ad anello, a spirale o a canestro.

Pdc a collettori superficiali

Collettori profondi

Gli scambiatori profondi (detti anche sonde geotermiche), possono arrivare fino a oltre 200m di profondità nel suolo. Con la profondità aumenta la resa termica delle sonde poiché, nello strato terrestre, al di sotto dei 20m – per effetto del calore prodotto dalla terra – la temperatura cresce di 3°C ogni 100 metri.

Il diametro dei fori, dove posizionare le sonde, varia da 10 a 15 cm.  La distanza minima dall’edificio consigliata per evitare danni alle fondazioni è 4-5 metri.

Vantaggi:

  • temperatura della sorgente costante e mite
  • alta resa termica
  • nessun impatto visivo
  • impatto ambientale nullo

Svantaggi

  • costi elevati per la posa delle sonde geotermiche (fino al 45% dell’impianto)
  • progettazione minuziosa e complessa (+ costosa)
  • manodopera specializzata
  • difficoltà di attuazione in edifici esistenti

Fotovoltaico/Termico

Oltre a un risparmio di energia primaria consumata e a ridotte emissioni di CO2, possiamo ottenere un ulteriore beneficio se sfruttiamo i pannelli fotovoltaici per produrre l’energia elettrica necessaria al funzionamento della Pompa di Calore. E/o, eventualmente, dei pannelli solari termici per portare a temperatura l’acqua calda sanitaria

Limiti della PdC

Va considerato il principio fondamentale secondo cui all’aumentare della temperatura diminuisce la resa energetica. Ideale è l’abbinamento con i pannelli radianti (a pavimento o soffitto) che richiedono basse temperature di esercizio.

Per quanto riguarda l’ACS, in particolari condizioni climatiche, va considerato un sistema alternativo (caldaia a condensazione) che possa portare le temperature alla soglia dei 70 gradi. Perché il rendimento della PdC diminuisce all’aumentare della temperatura di esercizio ed è in stretta relazione con la temperatura della sorgente esterna.

I principali limiti della Pompa di Calore sono nella sorgente di calore. Se le temperature esterne sono molto basse la resa diminuisce e così pure la convenienza del sistema. Di solito è proprio nel momento che fa più freddo che necessitiamo di più calore in casa.

Ovviamente queste considerazioni vanno definite per bene in base alla latitudine, alla capacità di isolamento dell’edificio (pareti opache e vetrate), al tipo di sorgente di calore scelta.

Per aumentare il rendimento al massimo occorre avere la sorgente alla temperatura più alta possibile e usare l’acqua alla temperatura più bassa possibile.


Produttori:

https://www.assoclima.it/aziende_produttrici_di_pompe_di_calore

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Pubblicato da ecologico

Architetto per caso, creativo per vocazione. Sogna una dimora autocostruita, ecologica, a basso impatto ambientale, fatta di materiali naturali. Prodotta dalla natura, per tutti. Ama la montagna e il trekking. Pioniere del muoversi in bicicletta nel traffico romano, considerato pazzo, o eroe.