Impianto domestico di condizionamento con pompa di calore

Le pompe di calore sono comparse nel mercato italiano tra gli anni ’80 e ’90, ma solo di recente si sta diffondendo il loro utilizzo. L’installazione di questa tecnologia è prevista dall’agevolazione fiscale Super Ecobonus, che consente agli acquirenti di detrarre il 110% delle spese sostenute per interventi in ambito di efficienza energetica. I nuovi impianti domestici con scaldacqua a pompa di calore sono una valida alternativa a quelli attuali, provvisti di caldaia tradizionale o a condensazione. I vantaggi si ottengono in termini di efficienza del sistema di condizionamento, di rendimento economico e, soprattutto, di salvaguardia ambientale.

Dal punto di vista della riduzione dei consumi, la pompa di calore risulta molto più performante di qualsiasi tipologia di caldaia utilizzata nelle abitazioni, comprese le varianti a camera aperta o stagna.

Confronto caldaia tradizionale/pompa di calore

Sebbene lo scopo dei due apparati termotecnici sia lo stesso (ottenere acqua calda per il riscaldamento domestico e per l’uso sanitario), il loro principio di funzionamento è molto diverso.

CALDAIA:

l’impianto con caldaia tradizionale è, ad oggi, quello più diffuso in Italia. Le risorse energetiche utilizzate per il suo funzionamento sono: gas metano, pellet, gasolio e gpl. In tutti i casi, esse servono a realizzare la combustione all’interno di un’apposita camera, dove il calore della fiamma riscalda, per conduzione, l’acqua contenuta nelle tubature. Grazie alla spinta fornita da una pompa, l’acqua calda circola all’interno dell’intero circuito idraulico domestico, che comprende termosifoni (a parete o a pavimento) e rubinetti. Questo processo avviene sotto il controllo di una scheda elettronica che regola le varie fasi, dall’accensione allo scarico dei fumi. Il tiraggio avviene per fuoriuscita dei gas combusti in modo naturale o tramite un sistema di ventilazione forzata, attraverso il camino della caldaia.

Fig.1 – fonte: bluenergygroup.it

Negli anni si è provveduto all’installazione di vari modelli di filtri nei tubi di scarico, al fine di ridurre le emissioni nocive. L’emergenza in tema d’inquinamento ambientale sta portando, però, ad un inevitabile abbandono di queste soluzioni. Infatti, i limiti percentuali massimi consentiti per le sostanze emesse sono sempre più stringenti, e presto sarà impossibile rispettarli mantenendo impianti a combustibile fossile.

Polveri sottili, in arrivo stagione più pesante per inquinamento
Fig.2 – fonte: Legambiente

POMPA DI CALORE :

il principio di funzionamento per il riscaldamento domestico consiste nel ricavare energia da risorse naturali esterne all’abitazione e di immetterla al suo interno sottoforma di calore . Questa è la prima notevole differenza con l’impianto a caldaia, per il quale la fonte energetica necessaria è di origine fossile.

Pompa di Calore - Impianti di Climatizzazione Viterbo | Climaproject
Fig.3 – Schema semplificato di un impianto con pompa di calore, funzionante sia per acqua sanitaria che per riscaldamento degli ambienti domestici. Fonte: Climaproject

Le tipologie di impianto di riscaldamento con pompa di calore sono quattro. Ciascuna di esse si distingue per la fonte naturale a monte del ciclo di funzionamento e, a valle, per il tipo di scambiatore di calore (sistema attraverso il quale l’energia termica generata viene trasmessa all’interno dell’abitazione). Perciò è possibile scegliere tra impianto con pompa di calore del tipo:

  • aria esterna/acqua (costo per kW: da € 300 a € 900)
  • acqua (falda acquifera)/acqua (costo: anche oltre i € 6.000, per la realizzazione del pozzo di aspirazione)
  • aria esterna/aria (costo per kW: da € 250 a € 800)
  • sonda geotermica/acqua (costo per kW: da € 800 a € 1800)
POMPE DI CALORE: tipologie a confronto. Guida alla scelta giusta. |  Ecologico %
Fig.4 – Le quattro tipologie di impianto con pompa di calore. Fonte: Altervista

Funzionamento degli impianti domestici con pompa di calore

La pompa di calore è una macchina progettata per trasferire energia termica assorbita da una sorgente esterna, verso un ambiente interno che bisogna riscaldare. Per compiere questo lavoro, la pompa deve ricevere energia elettrica, di solito resa disponibile tramite un pannello solare (sistema integrato).

Il ciclo di funzionamento termodinamico eseguito dal circuito, si può riassumere in tre fasi:

  1. La fonte di calore esterna (ad es. aria o acqua) viene prelevata e convogliata in uno scambiatore contenente un liquido refrigerante. Essendo questo a temperatura inferiore, inizia ad assorbire calore; tale processo innesca il cambiamento di stato del fluido di lavoro, da liquido a vapore.
  2. Un compressore comprime il vapore ottenuto nella prima fase, provocando un improvviso salto di pressione; ciò corrisponde ad un aumento esponenziale della sua temperatura. Adesso il vapore è in grado di riscaldare l’acqua sanitaria e gli ambienti domestici attraverso il sistema di tubature. Durante lo scambio di calore tra vapore caldo e l’acqua (o l’aria), il fluido di lavoro si raffredda e ritorna allo stato liquido (condensazione).
  3. Infine, nella terza fase, il liquido è ancora molto caldo, per cui attraversa una valvola di espansione, dove si ottiene una drastica caduta di pressione e, conseguentemente, di temperatura. Essa è tale che il liquido è di nuovo in grado di assorbire calore dalle sorgenti esterne e ricominciare il ciclo.
Pompe di calore: cosa sono e quando sceglierle - ElettricoMagazine
Fig.5

Il rendimento globale di questo sistema di condizionamento risulta molto elevato: infatti da 1 kWh di energia elettrica fornita alla pompa, si producono fino a 5 kWh di energia termica (fonte: assoclima.it).

Il risparmio ottenuto è di almeno il 75% rispetto a scaldabagni elettrici o a gas!

POMPE DI CALORE: tipologie a confronto. Guida alla scelta giusta. |  Ecologico %
Fig.6 – fonte: Altervista

In estate, la pompa di calore funziona come un frigorifero: gli ambienti domestici diventano la sorgente da cui la macchina preleva il calore in eccesso e lo espelle all’esterno, ottenendo, così, il raffreddamento degli ambienti.

Esempio numerico dello scambio termico con pompa di calore, durante le due stagioni:

Fig.7- Fonte: fire-italia.org

Cenno all’installazione

Gli impianti con pompa di calore possono essere installati in varie configurazioni: a seconda delle disponibilità dell’utente, l’apparato viene montato all’esterno dell’abitazione o in un locale interno, se ritenuto idoneo (ad es. una cantina o una lavanderia).

Il vantaggio della flessibilità nell’installazione è legato anche al fatto che l’intero sistema non necessita di una canna fumaria. E, ugualmente, non serve nessun tipo di allacciamento alla rete del gas ma solo a quella elettrica.

In figura 8, si riporta uno schema riassuntivo dei vantaggi e svantaggi dell’installazione interna/esterna all’abitazione:

Fig.8- fonte: helion.ch

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