Pompe di Calore

Descrizione delle caratteristiche e delle condizioni di utilizzo
 
Principio di Funzionamento delle Pompe di Calore

Schema di funzionamento di una pompa di calore a compressione. Fonte immagine wikipedia, licenza CC BY-SA 3.0.

Le pompe di calore sono dei dispositivi per la climatizzazione invernale della casa, che sono in grado di estrarre calore da una sorgente a temperatura più fredda, per trasferirlo ad un ambiente che si trovi a temperatura più calda, aumentandone ulteriormente la temperatura.

Nel caso delle pompe reversibili, queste nei periodi caldi possono anche realizzare il raffrescamento della casa (detto anche climatizzazione estiva), prelevando il calore dalla casa medesima e trasferendolo all’esterno, in maniera simile a quanto fatto da un frigorifero, sebbene con volumi e temperature diverse.

Una descrizione più completa sul principio di funzionamento delle pompe di calore è disponibile qui.

Informazioni Principali sulle Pompe di Calore

Nella descrizione del principio di funzionamento delle pompe di calore, abbiamo avuto modo di vedere che queste tipicamente possono essere a compressione elettrica o ad assorbimento a gas.

Inoltre, abbiamo descritto i vari step di funzionamento e le tipologie di pompe di calore in funzione della sorgente di calore e della modalità di trasferimento del calore nell’abitazione.

Ma in che cosa si differenziano le pompe di calore a compressione elettrica da quelle ad assorbimento a gas?

(1) innanzitutto, possiamo dire che le pompe di calore ad assorbimento a gas sono più costose delle pompe di calore elettriche a compressione;

(2) in secondo luogo, tipicamente le pompe di calore ad assorbimento a gas sono in grado di prelevare calore dalla sorgente esterna anche quando questa si trovi a basse temperature (si pensi ad esempio alla temperatura ambiente, che d’inverno può scendere sotto lo zero), dal momento che la soluzione di refrigerante-assorbente utilizzata è in genere costituita da ammoniaca e acqua, dove l’ammoniaca è in grado di evaporare alla pressione atmosferica anche alla temperatura di -33° C. Pertanto non si rende necessario adottare una caldaia di integrazione o di back up. Le pompe di calore a compressione elettrica, invece, subiscono una diminuzione importante dell’efficienza al diminuire della temperatura ambiente e alcuni modelli sotto certe temperature richiedono l’integrazione con altri sistemi di riscaldamento (resistenza elettrica o caldaia a gas), risultando inoltre incapaci di lavorare a temperature ancora inferiori;

(3) le pompe di calore ad assorbimento a gas possono offrire temperature di mandata del fluido termovettore di +35*C fino ad arrivare anche a 65° C mentre le pompe di calore a compressione elettrica, per mantenere una buona efficienza, devono lavorare con delle temperature di mandata comprese fra 30° C e 35° C, o al più fra 40° C e 45° C;

(4) tipicamente le pompe di calore elettriche devono interrompere il riscaldamento dell’ambiente nel momento in cui devono effettuare dei cicli di sbrinamento, e, nel caso in cui si occupino della produzione di acqua calda sanitaria (ACS), devono interrompere il riscaldamento dell’ambiente anche durante i cicli di reintegro dell’ACS medesima. Le pompe di calore ad assorbimento a gas, invece, possono continuare a operare il riscaldamento dell’ambiente anche durante i cicli di sbrinamento e di produzione dell’acqua calda sanitaria, seppure diminuendo la temperatura di mandata ai corpi scaldanti.

Allo stato attuale in realtà le differenze (2) e (3) tra le due tecnologie si sono un po’assottigliate, considerando che nel mercato è possibile trovare dei modelli di pompe di calore elettriche che possono operare anche a temperature ben inferiori allo zero e che possono raggiungere temperature di mandata più elevate. Questi modelli tuttavia presentano anche costi più elevati, risultando più simili alle pompe di calore ad assorbimento a gas anche da questo punto di vista.

Il Dimensionamento delle Pompe di Calore

La scelta della potenza della pompa di calore, ovverosia il suo dimensionamento, deve essere effettuata da professionisti competenti, tenendo conto del fabbisogno di energia domestico e dei fattori che influiscono sulle prestazioni della macchina. Questi sono rappresentati in primis dalla temperatura ambientale, dall’umidità dell’aria (nel caso di pompe di calore aria – aria e aria – acqua) e dal livello di isolamento dell’abitazione.

Un sovradimensionamento della pompa di calore, infatti, può determinare un costo di investimento eccessivo, vanificando la convenienza economica della sua installazione.

In termini generali, la potenza di una pompa di calore è tipicamente inferiore a quella di una caldaia a gas installata per soddisare il medesimo fabbisogno termico, principalmente perché una caldaia a gas deve poter soddisfare in modo pressoché istantaneo il fabbisogno di acqua calda sanitaria, mentre una pompa di calore è dotata di accumulo termico, che le consente di scaldare l’acqua calda sanitaria in anticipo rispetto ai momenti di impiego per poi utilizzarla successivamente. In base a questo, ad esempio, una pompa di calore da 8 kW può sostituire una caldaia a gas da 24 kW.

Sul sito lamiacasaelettrica.com, viene riportata una procedura di calcolo semplificato per il dimensionamento di una pompa di calore aria – acqua, assieme ad un calcolatore interattivo che permette di stimare la potenza della pompa di calore una volta noti i dati relativi ai gradi giorno, alla temperatura esterna di progetto, alla superficie utile dell’abitazione, alle ore giornaliere di funzionamento (in genere sono comprese fra 12 e 14 ore) e al fabbisogno annuo di energia termica per la climatizzazione invernale. Quest’ultimo può essere recuperato dall’Attestato di Prestazione Energetica, oppure può essere stimato a partire dai consumi di gas riportati nelle nostre bollette, come indicato in un secondo articolo dedicato del sito lamiacasaelettrica.com .

L'Efficienza delle Pompe di Calore

L’efficienza di una pompa di calore dipende da numerosi fattori, quali la temperatura e l’umidità della sorgente esterna di calore, o la temperatura dei corpi scaldanti.

L’efficienza pertanto può assumere valori molto diversi a seconda del sito di installazione e quindi può determinare la convenienza economica e la sostenibilità ambientale della pompa di calore.

In altre parole, non sempre conviene installare una pompa di calore, sia in termini economici che ambientali. Risulta importante quindi conoscerne l’efficienza nel sito in cui viene installata. A questo link, potete trovare maggiori informazioni al riguardo.

L'Etichetta Energetica delle Pompe di Calore

Dal 26 settembre 2015 è entrato in vigore l’obbligo di etichettatura energetica per le caldaie a condensazione, così come per le pompe di calore, i microgeneratori e per gli altri impianti e sistemi per il riscaldamento della casa e dell’acqua.

Per le pompe di calore è prevista una scala di classificazione che va dalla A+++ alla G, anche se ad oggi tipicamente la classe massima raggiunta è la A++. Inoltre, esistono tre modelli di etichetta energetica che distinguono fra pompa di calore a media temperatura, pompa di calore a bassa temperatura e pompa di calore mista per riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria.

I principali riferimenti normativi a livello europeo sono il Regolamento 811/2013, relativo agli impianti e ai sistemi di riscaldamento degli ambienti e agli impianti e sistemi misti (riscaldamento degli ambienti e dell’acqua sanitaria) e il Regolamento 812/2013, relativo agli scaldacqua, ai serbatoi per l’acqua calda e agli insiemi di scaldacqua e dispositivi solari.

Le etichette energetiche permettono di scegliere prodotti che consentono di risparmiare energia e quindi anche denaro. Inoltre, possono stimolare i produttori a migliorare l’efficienza dei propri prodotti. Nei prossimi anni c’è l’intenzione di passare gradualmente ad una scala di classi che va dalla A alla G per tutti i prodotti, eliminando quindi le classi A+, A++ e A+++ (per maggiori informazioni vedi la pagina dedicata del sito dell’UE).

Di seguito si riportano l’etichetta energetica dei tre modelli di pompa di calore sopra indicati.

Le etichette per per le pompe di calore a media temperatura devono riportare le informazioni relative a:

I. nome del marchio o del fornitore;

II. identificativo del modello del fornitore;

III. la funzione di riscaldamento d’ambiente per applicazioni rispettivamente a media e bassa temperatura;

IV. la classe di efficienza energetica stagionale di riscaldamento dell’ambiente in condizioni climatiche medie, rispettivamente per applicazioni a media e bassa temperatura;

V. la potenza termica nominale in kW, compresa quella di eventuali apparecchi di riscaldamento supplementari, in condizioni climatiche medie, più fredde e più calde, rispettivamente per applicazioni a media e bassa temperatura, arrotondata alla cifra intera più vicina;

VI. la mappa delle temperature in Europa recante le tre zone di temperatura indicative;

VII. il livello di potenza sonora, all’interno (se applicabile) e all’esterno, in dB, arrotondato alla cifra intera più vicina;

Le etichette per le pompe di calore a bassa temperatura devono riportare le informazioni relative a:

I. nome del marchio o del fornitore;

II. identificativo del modello del fornitore;

III. la funzione di riscaldamento d’ambiente per applicazioni a bassa temperatura;

IV. la classe di efficienza energetica stagionale di riscaldamento dell’ambiente a bassa temperatura in condizioni climatiche medie;

V. la potenza termica nominale in kW, compresa quella di eventuali apparecchi di riscaldamento supplementari, in condizioni climatiche medie, più fredde e più calde, arrotondata alla cifra intera più vicina;

VI. la mappa delle temperature in Europa recante le tre zone di temperatura indicative;

VII. il livello di potenza sonora, all’interno (se applicabile) e all’esterno, in dB, arrotondato alla cifra intera più vicina;

Le etichette per apparecchi di riscaldamento misti a pompa di calore devono riportare le informazioni relative a:

I. nome del marchio o del fornitore;

II. identificativo del modello del fornitore;

III. la funzione di riscaldamento d’ambiente per applicazioni a media temperatura e la funzione di riscaldamento dell’acqua, compreso il profilo di carico indicato da opportuna lettera;

IV. la classe di efficienza energetica stagionale di riscaldamento dell’ambiente a media temperatura in condizioni climatiche medie e la classe di efficienza energetica di riscaldamento dell’acqua in condizioni climatiche medie;

V. la potenza termica nominale in kW, compresa quella di eventuali apparecchi di riscaldamento supplementari, in condizioni climatiche medie, più fredde e più calde, arrotondata alla cifra intera più vicina;

VI. la mappa delle temperature in Europa recante le tre zone di temperatura indicative;

VIII. per gli apparecchi di riscaldamento misti a pompa di calore che possono funzionare soltanto in certe ore del giorno, si può aggiungere il pittogramma relativo all’orologio;

per maggiori informazioni sulle etichette energetiche delle pompe di calore, degli scalda acqua a pompa di calore e per informazioni in merito agli insiemi di apparecchi per il riscaldamento d’ambiente, dispositivi di controllo della temperatura e dispositivi solari, si rimanda ai Regolamenti 811/2013 e 812/2013 sopra richiamati e alla guida alla lettura alle etichette energetiche aria – acqua e acqua – acqua realizzata da Assoclima.

Le Energie Rinnovabili nelle Pompe di Calore

Le pompe di calore funzionano in parte grazie all’energia rinnovabile e in parte grazie all’energia fossile.

Per quanto riguarda l’energia rinnovabile, questa può essere rappresentata dal sole, nel caso in cui la pompa di calore prelevi il calore dall’aria, dall’acqua o dal suolo a bassa profondità, oppure può essere rappresentata dall’energia geotermica, nel caso in cui la pompa di calore prelevi dal suolo il calore ad oltre i 10 m di profondità.

Per quanto riguarda l’energia fossile, questa è legata all’elettricità impiegata per azionare il compressore e gli altri componenti elettronici della pompa di calore elettrica e, nel caso delle pompe di calore ad assorbimento, è legata al gas impiegato per provocare l’aumento di temperatura del fluido termovettore al fine di favorirne l’evaporazione e quindi l’assorbimento di calore dall’esterno.

La quota di energie rinnovabili messa a disposizione dalle pompe di calore per il riscaldamento della casa e per la produzione di acqua calda sanitaria è direttamente collegata all’efficienza di queste macchine.

A questo link, cercheremo di descrivere in che modo si possa quantificare la quota di energia rinnovabile che le pompe di calore sono in grado di valorizzare.

Gli Incentivi per le Pompe di Calore

Le pompe di calore possono beneficiare di diversi incentivi, sia per quanto riguarda il loro acquisto e la loro installazione, sia per quanto riguarda le tariffe elettriche e l’aumento della potenza al contatore.

Con riferimento all’acquisto e all’installazione, le pompe di calore infatti possono beneficiare:

(1) dell’iva agevolata al 10%, ma solo sulla differenza fra il costo totale dell’installazione e il costo della pompa di calore e dei materiali annessi. Ad esempio, se il costo totale dell’installazione è di 10’000 euro e il costo della pompa di calore e dei materiali annessi è di 6’000 euro, l’iva agevolata al 10% si applica solo su 4’000 euro;

(2) detrazioni del 65% per il risparmio energetico, valido per le pompe di calore ad alta efficienza, secondo quanto definito da specifiche tabelle dell’Agenzia delle Entrate;

(3) detrazioni del 50% per le ristrutturazioni edilizie, applicabile alle pompe di calore, anche non ad alta efficienza e anche in assenza di lavori di ristrutturazione, purché in sostituzione di altri generatori di calore;

(4) bonus mobili del 50% per pompe di calore di classe energetica A+ o superiore installate a seguito di una ristrutturazione edilizia, anche senza sostituire altri generatori di calore;

(5) il Conto Termico, per pompe di calore con determinate prestazioni energetiche, che devono essere installati in sostituzione di altri generatori di calore. L’entità dell’incentivo dipende da una serie di fattori, tra cui le prestazioni della macchina e la zona climatica di installazione.

Gli incentivi (2), (3), (4) e (5) non sono cumulabili tra loro.

Per quanto riguarda le tariffe elettriche e l’aumento della potenza al contatore, gli incentivi riguardano:

(6) l’introduzione di una tariffa elettrica di tipo non progressivo (inizialmente era la D1, sostituita ora dalla TD), il cui prezzo, espresso in euro/kWh, rimane fisso, indipendentemente dai consumi domestici;

(7) minori costi richiesti per l’aumento della potenza del contatore, necessario per permettere l’installazione della pompa di calore e maggiore possibilità di scelta dei livelli di potenza impegnata.

Per una descrizione più dettagliata di tutti gli incentivi, si rimanda all’articolo dedicato disponibile sul sito di QualEnergia.it.

Quando e Quanto Conviene Installare le Pompe di Calore

La convenienza e la fattibilità di installare una pompa di calore dipendono da una serie di fattori che devono essere presi in considerazione in fase di progetto da un professionista qualificato.

Pur tenendo conto che è fondamentale valutare il caso specifico dell’abitazione di interesse, possiamo fornire alcuni consigli, che sono tratti dalle interviste effettuate dal giornale QualEnergia.it ad esperti del settore. In particolare, gli esperti intervistati sono l’ing. Franzò dell’Energy & Strategy Group del Politecnico di Milano, Lorenzo Micheli della Geuimpianti di Calcinaia, l’ing.Vio, progettista e consulente per l’installazione delle pompe di calore e Walter Grattieri di Ricerca sul Sistema Energetico.

Ecco quindi le indicazioni che ci vengono dai professionisti sopra indicati:

(1) si sconsiglia l’installazione in località con inverni particolarmente rigidi (si veda la prima domanda dell’intervista rivolta all’ Ingegner Franzò), ad esempio un riferimento utile possono essere i Comuni appartenenti alla zona climatica E con non più di 2500 gradi giorno (si veda l’intervista a Walter Grattieri a pag. 16 dello speciale tecnico sulle pompe di calore elettriche);

(2) la pompa di calore è consigliata in abitazioni che già effettuano sia il condizionamento estivo che quello invernale. Infatti, in questo modo si può ottimizzare l’efficienza della pompa di calore lungo tutto l’anno (si vedano la prima domanda dell’intervista all’ingegner Franzò e l’intervista a Walter Grattieri a pag. 16 dello speciale tecnico sulle pompe di calore elettriche già citati);

(3) la pompa di calore è sconsigliata in abitazioni con una classe di efficienza energetica molto bassa, un riferimento può essere la classe D. Inoltre è sconsigliata anche in abitazioni talmente piccole da non poter ospitare l’unità interna della pompa di calore o il suo accumulo dell’acqua calda (si veda l’intervista a Lorenzo Micheli, dove vengono indicati i due casi in cui è sconsigliata la pompa di calore);

(4) nel caso delle pompe di calore aerotermiche, è necessario avere spazio sufficiente all’esterno dell’abitazione per collocare l’unità esterna della pompa e, nel caso delle pompe di calore geotermiche o idroniche, disporre rispettivamente di un terreno idoneo per l’installazione delle sonde geotermiche e di una risorsa idrica da cui poter recuperare il calore (si veda ancora la prima domanda dell’intervista rivolta all’ Ingegner Franzò). Per quanto riguarda il ritorno economico dell’investimento, si può dire che una pompa di calore aria – acqua da 10 kWe, con costo di 5-6 mila euro, permette di avere un risparmio annuo di 400-700 euro (considerando anche la climatizzazione estiva) e con l’incentivo delle detrazioni fiscali si ripaga in 4-7 anni, mentre con l’incentivo del Conto Termico si ripaga in 5-8 anni (si veda la quinta domanda dell’intervista rivolta all’ Ingegner Franzò).

Ma questo significa che le pompe di calore siano da preferire ad una caldaia a condensazione?

Se ci riferiamo alla convenienza economica, in linea generale sembra che la risposta sia no. O meglio, come ci spiega l’ing. Vio, al momento è conveniente orientarsi verso una caldaia a condensazione, oppure verso l’utilizzo di una caldaia a condensazione in abbinamento ad una pompa di calore più piccola, dimensionata secondo i fabbisogni di raffrescamento estivo. In questo modo, nelle giornate invernali più fredde o nei momenti di elevata richiesta di acqua calda sanitaria, può intervenire la caldaia a condensazione, sostituendo la pompa di calore, che invece si mantiene attiva per la maggior parte del tempo in inverno e anche in estate per la climatizzazione estiva. Se invece il fattore economico non è il principale criterio di scelta, potremo orientarci verso una pompa di calore più potente, che possa soddisfare per intero il fabbisogno di riscaldamento invernale e di raffrescamento estivo della casa. In questo caso, potrebbe essere interessante inoltre considerare di escludere totalmente il consumo di gas in casa, sostituendo i fornelli a gas con piastre a induzione o a resistenza elettrica. In questo caso, risulterà sicuramente valido considerare anche l’installazione di un impianto fotovoltaico.

Conviene installare un impianto fotovoltaico in abbinamento ad una pompa di calore?

L’installazione di un impianto fotovoltaico in abbinamento ad una pompa di calore rappresenta una soluzione estremamente interessante, che aumenta la sostenibilità ambientale dei nostri consumi domestici. Dal punto di vista economico, le opinioni sulla convenienza di aggiungere un impianto fotovoltaico non sono concordi: l’ing. Franzò lo ritiene non conveniente, mentre l’autore del sito lamiacasaelettrica.com dimostra sperimentalmente che sia vantaggioso in condizioni opportune. In base alle informazioni che abbiamo recuperato dai due riferimenti, possiamo dire che la convenienza economica può essere ottenuta nel caso in cui dimensioniamo l’impianto fotovoltaico sui fabbisogno energetici dell’abitazione, cercando di massimizzare gli autoconsumi.

Per quanto riguarda la massimizzazione degli autoconsumi, sul sito lamiacasaelettrica.com sono due le indicazioni operative suggerite:

(1) azionare il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria nel momento di maggiore produzione del fotovoltaico. In questo modo infatti, realizzeremo un accumulo di tipo termico dell’energia elettrica prodotta;

(2) regolare l’intensità di riscaldamento della pompa di calore in funzione della curva climatica. In altre parole, nelle ore più fredde della giornata, specie di notte e di mattina presto, la pompa di calore potrebbe essere fatta lavorare ad una potenza più bassa, mentre nelle ore centrali della giornata, quando il fotovoltaico produce di più, la pompa di calore potrebbe lavorare a potenza più elevata. La convenienza di questa scelta in realtà dipende fortemente dalle caratteristiche della pompa di calore a disposizione, in particolare per quanto riguarda l’efficienza di funzionamento ai carichi parziali, che talvolta può essere più elevata, talvolta può essere inferiore.

FAQ sulle Pompe di Calore
Le principali informazioni sulle pompe di calore sono riportate nei box soprastanti. Per altre domande e informazioni, potete inviarci una mail all’indirizzo [email protected], provvederemo a caricare le risposte in questa sezione!
Riferimenti utili

– QualEnergia.it, “Pompa di calore elettrica per la climatizzazione domestica”, 10 luglio 2014;

– QualEnergia.it, “Pompe di calore per la climatizzazione”, 18 maggio 2012;

– La Mia Casa Elettrica, https://lamiacasaelettrica.com/;

– ASSOCLIMA, http://www.assoclima.it/;