Pompa di Calore

Tra le tecnologie impiantistiche, un ruolo di rilievo è giocato dalle Pompe di Calore, apparecchiature impiegate per il riscaldamento di un fluido – aria o acqua – che trasformano in energia utile il calore(energia a bassa entalpia), altrimenti inutilizzato, presente nell’ambiente.

Per funzionare, una pompa di calore necessita ovviamente di energia, ma quella che trasferisce all’interno dell’ambiente sotto forma di calore è maggiore di quella che consuma, garantendo così un notevole risparmio.

La Pompa di Calore sfrutta, infatti, il calore gratuito e illimitato immagazzinato nell’aria, nell’acqua superficiale, nelle falde acquifere sotterranee e nel terreno.

Per questo motivo, con la Direttiva RES (Renewable Energy Sources) le pompe di calore sono state riconosciute ufficialmente tecnologie che impiegano energie rinnovabili.

I sistemi a pompa di calore sono una valida alternativa ai tradizionali sistemi di riscaldamento a combustione, costituiscono uno dei sistemi di climatizzazione a ciclo annuale attualmente più efficiente ed efficace e sono in grado di contribuire al raggiungimento degli obiettivi 20-20-20 di riduzione dei consumi di energia, di riduzione delle emissioni di gas climalteranti e di incremento dell’utilizzo di fonti rinnovabili: consentono, infatti, risparmi dal 40 al 60% di energia primaria, con pari riduzione della CO2 e impiegano per il loro funzionamento circa il 75% di energia rinnovabile

Le pompe di calore, a differenza dei sistemi termici a combustione, offrono anche il vantaggio di poter essere utilizzate come climatizzatori durante la stagione calda: in estate invertono il loro funzionamento e trasferiscono il calore dall’edificio verso l’esterno, raffrescando gli ambienti. 

La soluzione con le sole pompe di calore comporta pertanto costi d’installazione inferiori rispetto all’applicazione di una caldaia e di un condizionatore e la conseguente riduzione dei costi gestionali e manutentivi dell’impianto.

L’adozione di un impianto di climatizzazione con pompa di calore fa anche crescere la classe energetica dell’edificio, permettendo il raggiungimento di classi elevate tanto nelle nuove costruzioni che in quelle esistenti; inoltre viene migliorata la qualità dell’aria nelle grandi aree urbane perché, nel caso delle pompe di calore elettriche, l’inquinamento dovuto alla produzione di energia per il loro funzionamento è delocalizzato ed è in ogni caso ridotto grazie alla componente di energia rinnovabile che tutte le pompe di calore sono in grado di utilizzare. 

Incentivando l’uso delle pompe di calore per il riscaldamento, soprattutto nei centri urbani, si otterrebbero importanti risultati in termini di riduzione di PM10, con ricadute positive sulla salute dei cittadini.

Ciclo di funzionamento

La pompa di calore è una macchina a ciclo inverso in grado di rendere disponibile calore ad una temperatura più alta rispetto al bacino termico da cui attinge. Si utilizza per la produzione di energia termica a scopo riscaldamento. Normalmente lo scambio termico avviene in due scambiatori in cui la macchina scambia con fluidi esterni in genere aria o acqua.

Il principio di funzionamento è rappresentato in figura.

Quando si utilizza per riscaldare, il fluido circolante assorbe calore dall’esterno e lo cede all’interno della struttura. Tale fluido frigorigeno è usualmente un vapore a bassa pressione caratterizzato dalla proprietà di evaporare a temperature relativamente basse (anche sotto i zero gradi) che, contenuto in una serpentina al di fuori della struttura, assorbe calore dall’aria, dall’acqua o dalla terra. Il gas viene quindi compresso ed entra nella struttura come vapore caldo ad alta pressione. All’interno il gas condensa diventando liquido e cede l’energia interna accumulata. Quando si utilizza come condizionatore il ciclo è invertito.

In sintesi si distinguono 4 fasi:

• Il fluido frigorigeno nell’evaporazione assorbe calore dall’aria o dall’acqua ( o altra sorgente).
• Nel compressore attraverso la conversione di un lavoro meccanico in termico il fluido incrementa il suo calore.
• Nella fase di condensazione il fluido cede il calore assorbito.
• Nella fase di espansione il fluido riduce la propria pressione e temperatura ritornando allo stato iniziale.

La macchina viene quindi definita ad esempio acqua-acqua o aria-aria indicando per primo il fluido usato come sorgente calda.

Essendo una macchina reversibile può essere utilizzata anche come refrigeratore.

Per valutare le prestazioni delle macchine sono stati definiti dei coefficienti che variano in funzione delle performance definendo così la famosa classe energetica.

Gli indici energetici europei di valutazione che vanno a definire le prestazioni delle macchine sono il SEER e lo SCOP.

Il SEER è un indice energetico per i Chiller, quindi per tutte quelle macchine il cui scopo principale è il raffreddamento d’acqua e aria.

Lo SCOP è l’indice energetico per le Pompe di Calore, quindi tutte le macchine il cui scopo principale è il riscaldamento d’acqua o aria

In termini di potenza resa e in termini di efficienza energetica la macchina a ciclo inverso lavora tanto meglio quanto più elevata è la temperatura di evaporazione e quanto più bassa è quella di condensazione.

Più queste temperature sono lontane tra loro più lo SCOP si abbassa, mentre quando si avvicinano lo SCOP si alza fino a raggiungere massimi pratici di 5 – 7 (Pompe di calore geotermiche).

Lo SCOP dipende principalmente dalle temperature di evaporazione e condensazione.

Per valutare il Risparmio Energetico nel confronto con le caldaie a condensazione bisogna pero fare una precisazione.

Bisogna tenere in considerazione che la Pompa di Calore è azionata da un motore elettrico e quindi è opportuno verificare quanta energia termica è stata realmente utilizzata per produrre una unità di energia elettrica.

Il sistema nazionale fissa a 0,4 il rapporto di trasformazione che comprende una media complessiva dell’efficienza di generazione e distribuzione. Pertanto si considera l’indice detto Rapporto di Energia Primaria (REP) ovvero il rapporto tra l’energia termica resa disponibile e l’energia primaria spesa. 

Detto tutto ciò si può evidenziare che se mettiamo a confrontando i dati delle Pompe di Calore con quelli delle Caldaie a combustione, si rileva che utilizzare la pompa di calore è energeticamente conveniente ottenendo così ottimi risparmi economici.

Come abbiamo detto in precedenza più ravvicinate sono le temperature di evaporazione e di condensazione e più è efficienti sono le Pompa di Calore, per questo motivo la Pompa di Calore ottiene i suoi migliori rendimenti se abbinata con Sistemi a Bassa Temperatura (sistemi radianti) dove le temperature di mandata sono basse con rendimenti elevati.

Oggi abbiamo anche molti incentivi che ci permettono di far utilizzare e conoscere questa tecnologia a tutti.

Oltre al Ecobonus abbiamo la possibilità di accedere con la Pompa di Calore al Conto Termico 2.0 che incentiva interventi per l’incremento dell’efficienza energetica e la produzione di energia termica da fonti rinnovabili per impianti di piccole dimensioni.

Grazie al Conto Termico è possibile avere degli incentivi economici che vanno a sostenere parte della spesa per l’installazione di una Pompa di Calore recuperando il tutto in tempi brevi.