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Pompe di calore: tipologie e vantaggi

11 febbraio 2016
Voto:4/5 (12 voti)

Le pompe di calore (che più avanti abbrevieremo con “PdC”) sono apparecchi, generalmente elettrici, in grado di creare calore attraverso la compressione di un gas: il meccanismo utilizza un compressore, un condensatore, una “valvola di laminazione” ed un evaporatore. Senza entrare nel tecnico, il principio di funzionamento è di per sè abbastanza semplice e al contempo molto efficiente: attraverso un compressore viene compresso un gas e l’aumento della pressione genera calore. Viceversa l’espansione del gas precedentemente compresso crea refrigerio. Lo stesso meccanismo, lo stesso apparecchio, con procedimento invertito, viene utilizzata, dunque, non solo per produrre calore con l’elettricità, ma anche anche per raffrescare gli ambienti.

Si tratta di un apparecchio che consuma elettricità, e, a differenza delle tradizionali caldaie, è una macchina considerata “a risparmio energetico” in quanto, per produrre calore, utilizza in parte l’energia termica già spontaneamente presente nell’aria (o nell’acqua) che viene utilizzata. La pompa di calore non ha combustione di gas o di altro materiale, ma sfrutta la corrente elettrica per far funzionare il compressore. Il vantaggio di utilizzare l’elettricità, inoltre, è che l’energia elettrica utilizzata può essere prodotta con una fonte rinnovabile. In ambito domestico o industriale, se la corrente elettrica utilizzata viene prodotta da fotovoltaico, la pompa di calore diventa un’ottima soluzione di efficienza, risparmio energetico e, soprattutto, di risparmio economico grazie alla possibilità di sfruttare l’auto-produzione elettrica.

applicazione della pompa di calore per la casa

Ecco perchè chi ha un impianto fotovoltaico trarrà i maggiori vantaggi dall’utilizzo di questi apparecchi.

Le PdC iniziano a diffondersi in maniera consistente nel settore termo-tecnico, sono oggetto di sgravio fiscale al 65% e, vengono sempre più vendute in abbinamento al fotovoltaico proprio per la possibilità di sfruttare l’autoproduzione elettrica.

Il pacchetto “fotovoltaico più pompa di calore” è una soluzione completa, potremmo dire: “un buon investimento”, per climatizzare gli ambienti, per massimizzare l’utilizzo dell’energia auto-prodotta e per risparmiare in bolletta. Non solo: l’Aeeg (Autorità per l’Energia Elettrica ed il Gas) prevede in via sperimentale tariffe elettriche per agevolare l’utilizzo delle pdc per il riscaldamento domestico: si tratta della tariffa sperimentale D1 (precursore della riforma della tariffa elettrica).

 

Tutti i vantaggi delle pompe di calore

Come dicevamo queste tecnologie iniziano a diffondersi sul mercato dell’edilizia sostenibile perchè hanno numerosi vantaggi. Ecco un breve elenco:

  • con la PdC si risparmia fino a 4 volte rispetto al riscaldamento elettrico tradizionale e fino a 3 volte rispetto al gas metano,
  • con le PdC si ha una riduzione delle emissioni locali di gas inquinanti di oltre il 60% , anche se, ovviamente, il bilancio energetico dipende da come viene prodotta l’elettricità utilizzata per farla funzionare,
  • i tempi di rientro dall’investimento sono in genere di 5-6 anni considerando il prezzo completo di installazione e considerando il fatto che lo stesso apparecchio viene utilizzato (e quindi ammortizzato) non solo per la produzione di acqua calda sanitaria, ma anche per la climatizzazione estiva, per il riscaldamento invernale e per la de-umidificazione,
  • l’utilizzo delle pompe di calore, dunque, non è stagionale, ma adatto per ogni periodo dell’anno,
  • la pdc può essere utilizzata insieme a qualsiasi altra caldaia ed è integrabile con impianti pre-esistenti,
  • i costi sono detraibili al 65% in 10 anni,
  • la pdc ha un investimento minore rispetto a quello richiesto per l’installazione di un impianto solare termico.

 

Quanti tipi di pompe di calore esistono?

Ci sono cinque tipi di pompe di calore. Ognuna di queste tipologie sfrutta la fonte energetica già presente nell’aria, nell’acqua o nella terra, trasferendo l’energia termica da un elemento all’altro.

Sono le Pompe di Calore:

  • aria-acqua,
  • aria-aria,
  • acqua-acqua,
  • acqua-aria,
  • terra-acqua.

 

Vediamoli brevemente uno per uno.

PdC aria acqua

impianto pompa di calore aria acqua

Impianto domestico aria-acqua per ACS e Riscaldamento/Condizionamento

Si tratta di un sistema per l’acqua calda sanitaria (ACS) o per il riscaldamento idraulico. La pompa di calore è in grado di estrarre calore (energia) dall’aria esterna anche a temperature molto rigide (fino a meno 20 gradi centigradi). L’aria prelevata dall’esterno viene scaldata sfruttando la compressione del “gas tecnico” tramite il compressore della pompa. La compressione genera il calore che viene rilasciato all’interno del bollitore, il serbatoio che alimenta l’acqua calda sanitaria o l’acqua per il riscaldamento idraulico.

Il sistema aria-acqua è formato in genere da una pompa di calore associata al boiler (con volume in genere di 2 o 3 cento litri). Il circuito utilizza generalmente un compressore “rotativo”, che garantisce una buona efficienza, ed il boiler viene dotato di un ottimo sistema di coibentazione (in genere poliuretano espanso) per raccogliere e conservare al meglio il calore prodotto dalla compressione del “gas tecnico”. La pompa di calore domestica assorbe circa 1kw di potenza, ma dipende, ovviamente, dagli ambiti di utilizzo.

Il sistema può essere dotato anche di un riscaldatore elettrico supplementare, che sfrutta la classica resistenza elettrica, che assorbe una potenza intorno a 1,5 kw. In genere questo sistema supplementare viene integrato al bollitore con l’apporto di una resistenza elettrica per garantire, in caso di bisogno, il riscaldamento rapido dell’acqua.

 

PdC aria aria

pompa di calore aria aria

La pompa di calore aria aria: il classico condizionatore con “split” interni più “motore” esterno

Le pompe di calore aria-aria sono quelle più diffuse e conosciute, vista la loro semplicità di installazione. Per intenderci sono quelle che identifichiamo come i classici “split” dei condizionatori domestici. Gli stessi “condizionatori” producono non solo aria fredda d’estate, ma anche aria calda d’inverno. Utilizzano l’aria come sorgente termica e sono dotati di sistemi di filtraggio e deumidificazione dell’aria, e di scambiatori di calore. In condizioni climatiche rigide questo tipo di tecnologia è meno efficiente delle precedenti e possono aver bisogno di un sistema di sbrinamento esterno che preservi dalla formazione di ghiaccio.

Le pompe aria aria sono composte da due o più unità: una esterna e una, o più, interne all’edificio. All’esterno c’è il compressore, lo scambiatore di calore e la ventola per lo scambio d’aria. All’interno, invece, ci sono i classici “split”, piccole ventole, ed il sistema di canalizzazione dell’aria in tutte le stanze dell’edificio. Parte esterna e parte interna sono collegate da tubazioni nelle quali circola il “fluido-vettore” di calore o di refrigerio.

Il sistema aria-aria utilizza aria riscaldata e questo è un vantaggio dal punto di vista energetico, però ha bisogno di essere associato a scambiatori di calore e adeguati sistemi di ricambio dell’aria che, anche se poco, sono comunque “consumatori di energia elettrica”.

 

Pompe di calore acqua acqua

circuito pompa di calore acqua acqua

Circuito del sistema a PdC acqua acqua

Il principio di funzionamento è sempre lo stesso. Però, anzichè utilizzare l’aria esterna come fonte termica, utilizzano l’acqua di falda per recuperare calore da utilizzare per il riscaldamento o per la produzione di acqua calda sanitaria.  L’acqua di falda, infatti, anche in pieno inverno mantiene una temperatura costante intorno ai 7-12 gradi centigradi. Le pompe di calore acqua-acqua, dunque, recuperano energia termica dall’acqua stessa presente nel sottosuolo.

La realizzazione di questo tipo di impianto richiede l’analisi geologica di uno specialista per conoscere la stratigrafia del terreno che ospita la falda acquifera. Il sistema acqua acqua può essere a circuito aperto o circuito chiuso. Nel primo caso prende acqua dalla falda, la “utilizza” per recuperare calore e le reimmette in falda. Nel secondo caso viene utilizzato, invece, un fluido vettore che, immerso nella falda tramite sonda, recupera calore dall’acqua di falda portandolo in superficie verso la pompa.

L’acqua preriscaldata viene convogliata all’evaporatore del circuito dove cede calore. Anche questo tipo di sistema utilizza un compressore ed un evaporatore/condensatore per scaldare o raffreddare il gas del circuito. Si tratta infatti di un circuito in cui il gas viene compresso e decompresso per produrre calore o refrigerio. Le pompe di calore ad elevata temperatura permettono il riscaldamento dell’acqua fino ad oltre 65 gradi centigradi. Per questo motivo sono soluzioni indicate per i integrarsi bene con i classici sistemi di riscaldamento che utilizzano radiatori (i classici caloriferi).

 

Pompe di calore acqua-aria e terra-acqua

pompe di calore terra acqua

La prima estrae calore, come il precedente tipo, dall’acqua di falda e lo restituisce direttamente all’aria interna all’edificio. In altri termini: il sistema preleva calore dalla sorgente fredda costituita da acqua di falda , di lago o fiume, e la rilascia al “pozzo caldo” (termine tecnico) che è l’aria interna all’edificio.

Allo stesso modo la pompa di calore terra acqua preleva “tepore” dal sottosuolo, che ha in genere una temperatura costante e superiore a quella presente in superficie nel periodo invernale. L’aria “tiepida” recuperata dal sottosuolo viene utilizzata per scaldare “l’elemento vettore” tramite lo stesso principio di funzionamento visto fin’ora: anzichè prendere aria direttamente dall’esterno, viene utilizzata aria “pre-riscaldata” nel sottosuolo dalla quale la pompa di calore estrae ulteriore calore. Il processo di “estrazione di caldo”, partendo da aria già “tiepida”, è molto più efficiente. Nel caso del sistema terra-acqua il calore estratto serve a produrre acqua calda sanitaria e calore per il riscaldamento idraulico.

Si tratta, in definitiva, di sistemi geotermici che utilizzano il sottosuolo, o l’acqua di falda, come sorgente termica di partenza per rendere più efficiente la climatizzazione degli ambienti o il riscaldamento dell’ACS (acqua calda sanitaria).

Le sonde possono venir interrate a circa un metro e mezzo di profondità, su una superficie ampia, oppure possono andare in profondità nel terreno fino anche a 50-60 metri. Più la sonda va in profondità più è efficiente la produzione di calore.

Per vedere quanto convengono le pompe di calore associate al fotovoltaico leggi quest’altro articolo.

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10 Commenti

  1. auleia, il 12 febbraio 2016 ore 07:58

    Per le pompe di calore aria acqua, e radiatori in alluminio, si parla di alte temperature, giusto? Quanto sono davvero efficaci, ovvero, si riesce ad avere una temperatura di mandata che possa riscaldare? Cosa succede di notte o di giorno, quando il sole non è disponibile, e quindi l’impianto fotovoltaico non produce? L’accumulo di acqua è solo per la parte sanitaria? Grazie.

  2. gipi, il 13 febbraio 2016 ore 20:19

    non esistono pompe di calore che funzionano comprimendo aria o addirittura acqua. Le “Pompe di Calore” sono in pratica le Sorelle Maggiori dei nostri conosciutissimi frigoriferi casalinghi e, come loro, funzionano comprimendo/evaporando/riscaldando/raffreddando certi Gas Tecnici (ai tempi andati AMMONIACA, poi FREON, poi altri gas dai nomi strani attuali). Quei famosi Gas che generano il mitico BUCO NELL’ OZONO al Polo Sud. Al limite, ma proprio al limite, per gli appassionati di Termotecnica e Termodinamica, esiste un marchingegno grosso come un armadio che si chiama “POMPA DI CALORE STIRLING”.

    In sintesi: la “Pompa di Calore” è il nostro Frigorifero di casa ma senza la porta di chiusura.
    Se noi montassimo il nostro frigorifero in uno squarcio nel muro perimetrale di casa, con il vano cibi rivolto all’interno casa, potremmo ottenere un rinfrescamento della casa poichè la serpentina calda, sul retro del frigorifero, cederebbe il suo calore all’aria esterna e il vano cibi cederebbe la sua bassa temperatura all’aria della casa.
    Girando il frigorifero su se stesso di 180° si porta all’interno casa la serpentina calda e all’esterno il vano cibi. Il frigorifero, così sistemato, riscalderà l’interno casa e il freddo del vano cibi sarà ceduto all’aria esterna alla casa. IL CONCETTO E’ SEMPLICE.

    Le Pompe di Calore sono comunque necessariamente dotate di motori molto più grandi di quelli dei frigoriferi(compressore frigo 70/ 150 Watt) e della potenza di 1000/5000 Watt (per uso in un solo appartamento più o meno grande)e riescono a “spostare” QUANTITA’ ENERGETICHE ORARIE DI 3 O 4 VOLTE SUPERIORI secondo la loro tipologia cosruttiva. Se il motore consuma 1 kWh si potrà ottenere un rinfrescamento o riscaldamento energeticamente pari a 3 o 4 kWh.

    Per ragioni di ingombro e per altri motivi funzionali le Pompe di Calore sono dotate di ventilatori per forzare la circolazione aria e il pompaggio acqua (quando si usa anche l’acqua) ma la presenza di questi componenti non ha nulla a che vedere con il Cuore del Sistema che esegue il Trasferimento di Energia. IL CUORE DEL SISTEMA E’ UN COMPRESSORE /EVAPORATORE FRIGORIFERO CARICATO CON GAS TECNICO PER FRIGORIFERI .

    Forse la cosa può spaventare gli Ecologisti più Duri e Puri ? Potrebbe anche assere ma…..dovranno farsene una ragione!!!

    • Alessandro F., il 15 febbraio 2016 ore 11:34

      Chiedo venia. Grazie, come sempre, per le attente puntualizzazioni.
      Ribadiamolo: non esistono pompe di calore che funzionano comprimendo aria o acqua.
      Ciò che viene compresso non è l’aria, ma un gas “tecnico” utilizzato nel circuito (chiuso) di compressione/rilascio
      (ho corretto anche nell’articolo).

      • gipi, il 15 febbraio 2016 ore 17:18

        Ciao Alessandro
        Vedo la tua rettifica e mi fa piacere essere utile almeno per diminuire di un poco le incomprensioni sugli argomenti tecnici frutto di qualche svista. Come al solito…Buon lavoro .

    • auleia, il 15 febbraio 2016 ore 18:24

      Potresti rispondere al mio quesito. Grazie se vorrai.

      • gipi, il 17 febbraio 2016 ore 19:13

        Ciao Auleia
        Tu frequenti abbastanza il Sito……
        Non ho ben chiaro a chi rivolgi le tue domande(Francesco o a me).Immagino che per te sia la stessa cosa ….
        Purtroppo la faccenda è alquanto complessa e ci vorrebbe un PICCOLO TRATTATO sull’ argomento e ciò non e possibile sul Sito che mi pare di aver già INTASATO A SUFFICIENZA. Sarebbe utile che tu ti procurassi notizie da qualche Libro Tecnico Specialistico sull’ argomento che ti interessa. Io non sono in grado di suggerirti nulla di specifico. Potresti vedere su Internet, nei Cataloghi degli Editori di materie tecniche. Ciao.

        • auleia, il 18 febbraio 2016 ore 12:42

          Grazie lo stesso.

  3. Antonio, il 17 marzo 2016 ore 15:23

    Salve…vorrei spiegazioni e consulenza nel valutare la convenienza della pompa di calore per acqua sanitaria…ho un impianto fotovoltaico da 3 kw,siamo in quattro in casa….conviene montarla?e quale modello e tipologia.?grazie

  4. Francesco Cannavò, il 21 marzo 2016 ore 22:40

    Anch’io mi associo alla richiesta di Antonio.
    Oltre l’impianto FTV di 3 kw, 4 persone in casa, devo riscaldare 1 piano di 75 mq (integrazione alla caldaia a metano ed impianto con radiatori tradizionali), ed un altro piano di 75 mq con predisposizione pavimenti radianti.
    Naturalmente serve anche l’acqua calda sanitaria.
    Se possibile oltre marca e modello della pompa, dimensionamento tank, il costo dell’impianto.
    Grazie della consulenza

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