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La casa senza gas: la pompa di calore

Se fino ad oggi avete avuto caldaia e radiatori, non è possibile chiamare l'idraulico, staccare la caldaia e attaccare la pompa di calore senza avere nessun problema. Cerchiamo di capire i vari aspetti che coinvolgono questa installazione

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Pompa di calore

A circa tre mesi dall’inizio del conflitto Russia-Ucraina, se siamo preoccupati per le forniture di gas per il prossimo inverno, e stiamo pensando di riqualificare la nostra casa valutando di non utilizzare il metano o il GPL come vettore energetico; dovremo orientarci su una fonte alternativa.

Stiamo analizzando il tema delle energie alternative con una raccolta di articoli dedicati alla casa senza gas a cura dell’Arch. Enea Pacini autore del volume Efficienza energetica degli impianti tecnologici, edito da Maggioli Editore.

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Dopo gli articoli Aumento prezzi riscaldamento: è possibile avere una casa senza gas? Le alternative e La casa senza gas: il fotovoltaicoproseguiamo adesso con un nuovo approfondimento dedicato all’installazione dell’impianto a pompa di calore in quanto soluzione alternativa.

L’energia che tutti potenzialmente possiamo avere a disposizione è l’elettricità, perché ci viene fornita dal sistema elettrico nazionale che sfrutta una molteplicità di sistemi di produzione. Il mix di fonti energetiche (fossili, rinnovabili e nucleari) dovrebbe in ogni caso poter garantire la continuità del servizio in ogni circostanza. Se invece vogliamo essere ancora più sicuri potremo valutare di mettere il fotovoltaico.

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La pompa di calore aria-aria

In ogni caso, utilizzando l’elettricità come vettore energetico, la macchina verso cui dovremo orientarci per riscaldamento invernale ed eventualmente il raffrescamento estivo degli ambienti della nostra casa è la pompa di calore reversibile. Vediamo per sommi capi come funziona e facciamo delle valutazioni sul tipo di pompa di calore da prendere in considerazione per la nostra casa.

La pompa di calore è una macchina termica in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta. La pompa di calore è costituita da quattro componenti principali:

  1. un condensatore,
  2. una valvola termostatica di laminazione,
  3. un evaporatore e
  4. un compressore.

I componenti sono collegati attraverso delle tubazioni contenenti fluido refrigerante che trasporta il calore. Per aumentare gli scambi termici condensatore e l’evaporatore vengono dotati di ventilatori.

In regime invernale il condensatore è posizionato nell’ambiente interno e l’evaporatore nell’ambiente esterno. Il compressore comprime il refrigerante fino a farlo diventare un liquido caldo, esso viene inviato al condensatore (che fa da scambiatore con l’ambiente confinato e ad esso cede calore), viene aperta la valvola di laminazione, il fluido espandendosi si raffredda. Il gas quindi entra nell’evaporatore e sottrae calore all’esterno, è aspirato di nuovo nel compressore che fa lavoro meccanico e che attraverso la compressione concentra il calore fino a far aumentare la temperatura. Da qui il ciclo riprende dall’inizio.

Nella sua forma più semplice, si presenta con un’ unità esterna con il compressore e unità interna costituita da uno split (se l’unità è a parete) o da un fan coil (se l’unità è a terra).

Se con gli stessi componenti invertiamo il ciclo parliamo di ciclo frigorifero per il raffrescamento estivo, esso serve non, come alcuni pensano, per produrre freddo, ma per sottrarre calore dagli ambienti interni per spostarlo all’esterno.

Il rapporto tra l’energia elettrica spesa per mettere in funzione la pompa di calore e l’energia termica che viene fornita per il riscaldamento è detto C.O.P cioè “Coefficient Of Performance” . In regime estivo si parla di E.E.R. Energy Efficiency Ratio.

Quanto fin qui descritto riguarda una pompa di calore aria-aria, cioè che sfrutta come sorgente di calore, quel calore contenuto nell’aria esterna (chiamato sorgente fredda) e lo immette nell’aria de l locale da climatizzare (chiamato pozzo caldo).

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Pompa di calore aria-acqua

In base alla combinazione della sorgente fredda e del pozzo caldo, quindi possiamo avere pompe di calore: aria-aria, aria-acqua, acqua-aria oppure acqua-acqua. Tra le varie tipologie appena menzionate , la pompa di calore a cui dovremo guardare con più attenzione è quella aria-acqua. Come è fatta?

È semplice se ad una pompa di calore aria-aria aggiungiamo un ulteriore scambiatore tra gas frigorifero e l’acqua avremo realizzato una pompa di calore aria-acqua. Nella sua forma più semplice possiamo dotare la pompa di calore di uno scambiatore a piastre saldo-brasate come quelli che fino a qualche anno fa venivano utilizzati nelle caldaie per la produzione di acqua calda sanitaria.

Così facendo possiamo produrre acqua calda per l’inverno e acqua refrigerata per l’estate. Ed andare ad alimentare i nostri terminali (radiatori, fan coli, pannelli radianti).

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Passaggio da caldaia a radiatori a pompa di calore: gli aspetti da valutare

Attenzione però, non iniziate a pensare che se fino ad oggi avete avuto la caldaia e radiatori, domani potete chiamate l’idraulico, staccare la caldaia, attaccare la pompa di calore senza avere nessun problema. Cerchiamo di capire i vari aspetti che coinvolgono questa installazione.

Valutare i rendimenti

La pompa di calore ha il COP e l’EER che sono influenzati dalle temperature della sorgente fredda e del pozzo caldo ragion per cui la valutazione va fatta in condizioni di progetto e prendendo a riferimento le condizioni più gravose.

In generale le pompe di calore migliori hanno COP elevati (4 o più) hanno dei campi di funzionamento che possono arrivare fino a -15° o a -20°C.

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Gli spazi a disposizione

Come già accennato la pompa di calore ha bisogno di uno spazio dove poter mettere l’unità esterna. Perciò è di difficile installazione in quelle abitazioni che non hanno spazi esterni dove poterla mettere.

Inoltre visto che in generale ha potenza abbastanza limitata la pompa di calore deve essere dotata di un accumulo di calore, ragione per cui l’abitazione deve essere dotata almeno di un piccolo ripostiglio o uno stanzino da far diventare locale tecnico e in cui inserire un puffer (un bollitore che fa accumulo).

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Possibilità di avere sia il raffrescamento estivo sia il riscaldamento invernale

I radiatori non sono terminali adatti al raffrescamento ragion per cui dobbiamo avere cura di inibire la funzione di refrigeratore, altrimenti inizierebbe a gocciolare acqua sul pavimento in prossimità dei terminali.

Con fan coil questo problema non c’è perché sono dei terminali adatti ad entrambe le stagioni.

Se invece volete utilizzare i pannelli radianti, essendo dei terminali non in grado di gestire da soli il calore latente dovrete affiancare a questi terminali un sistema di controllo dell’umidità relativa (con un deumidificatore o una macchina dedicata anche al trattamento dell’aria).

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Compatibilità con le temperature dei terminali

Questo tipo di pompe di calore, oltre ad avere delle rese influenzate dalla sorgente fredda (temperatura aria esterna) e dal pozzo caldo (temperatura di mandata ai terminali) hanno anche dei limiti operativi che variano in base al modello e al produttore di riferimento. In genere a parte alcune rare eccezioni, i limiti operativi di temperatura di uscita dal condensatore oscillano tra i 65°C e i 55°C.

Questo tipo di limite rende le pompe di calore più facilmente utilizzabili con i fan coil (temperatura operativa 45°C) e con il radiante (temperatura operativa 35°C) e meno con i radiatori (temperatura di progetto quando venivano abbinati alle caldaie 75°C). Coloro che vogliono mantenere i radiatori dovranno valutare bene questo limite operativo che può essere superato in vari modi.

Uno è quello di aumentare il numero degli elementi, il secondo è valutare di diminuire le dispersioni isolando meglio l’involucro (ecco perché dovete farlo valutare ad uno specialista vedi ultimo paragrafo), il terzo utilizzare una pompa di calore adatta per l’alta temperatura. La terza opzione sebbene funzionante la sconsiglio perché potrebbe pagare un debito altissimo in termini di rendimenti.

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Valutare come fare l’Acqua Calda Sanitaria (A.C.S.)

Se produrre l’ACS con la caldaia non era in problema anche questo aspetto con la pompa di calore deve essere valutato meglio.

È possibile fare sia riscaldamento che ACS con unica pompa di calore, però devono essere valutate attentamente le potenze in gioco e sulla base di queste la capacità dell’accumulo di calore (la capacità del secondo bollitore da dedicare all’ ACS quindi maggiormente oneroso anche in termini di spazio).

Oppure si può optare per due pompe di calore:

  • una per il riscaldamento e
  • una per l’ACS (così si permette di non avere il disagio di avere una pompa che in estate si alterna tra tenere in caldo il bollitore dell’ACS e cercare di raffrescare gli ambienti della casa);

o addirittura si può valutare di fare l’acqua calda con il solare termico.

Come avete visto le potenzialità sono molte, in definitiva, se volete prendere le giuste decisioni, il mio consiglio è di contattare, prima di tutto, un valido progettista energetico che valuti i pro e contro del vostro sistema edificio-impianto e solo in seconda battuta prendere contatti con un valido installatore.

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