Nel contesto della transizione energetica e della crescente attenzione alla sostenibilità ambientale, le pompe di calore elettriche rappresentano una soluzione sempre più popolare per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti.
Questo articolo esplora in dettaglio tutti gli aspetti di questa tecnologia innovativa.
Cosa sono le Pompe di Calore Elettriche
Una pompa di calore elettrica è un dispositivo che trasferisce energia termica da una fonte di calore a temperatura più bassa (aria esterna, acqua o terreno) a un ambiente a temperatura più alta, utilizzando energia elettrica.
Questo processo permette di riscaldare gli ambienti in inverno e, in molti casi, di rinfrescarli in estate, rappresentando una soluzione efficiente e sostenibile per la climatizzazione.
Come è fatta
Una pompa di calore elettrica è un sistema complesso costituito da diversi componenti chiave, ognuno con una funzione specifica:
Unità esterna
- Il compressore elettrico: è il “cuore” del sistema, un motore elettrico che comprime il gas refrigerante aumentandone pressione e temperatura,
- L’evaporatore: uno scambiatore di calore alettato che permette lo scambio termico tra l’aria esterna e il fluido refrigerante,
- Ventilatori: movimentano grandi volumi d’aria attraverso l’evaporatore,
- Valvola di inversione: permette di invertire il ciclo per il funzionamento estivo.
Unità interna
- Il condensatore: scambiatore di calore che trasferisce l’energia termica all’ambiente da climatizzare,
- Ventilatori (nei sistemi aria-aria) o circolatori (nei sistemi idronici),
- Sistema di distribuzione del calore: ventilconvettori, pannelli radianti o radiatori.
Troviamo l’unità interna solo nei sistemi a pompa di calore splittati, mentre nelle versioni monoblocco il condensatore si trova premontato a bordo dell’unità esterna.
Circuito frigorifero
- Valvola di espansione termostatica: regola il flusso di refrigerante in base alle condizioni operative,
- Tubazioni in rame isolate: collegano l’unità esterna a quella interna (solo per le versioni splittate, nelle monoblocco invece ci si allaccia all’impianto con delle comuni tubazioni da idraulico, tipo multistrato o simili),
- Fluido refrigerante ecologico: tipicamente R32, R410A o R290,
- Filtro deidratatore: elimina eventuali impurità e umidità dal circuito.
Sistema di controllo
- Centralina elettronica: gestisce tutti i componenti e ottimizza il funzionamento,
- Sonde di temperatura: rilevano le temperature nei punti chiave del sistema,
- Interfaccia utente: display e comandi per la programmazione,
- Sistemi di protezione: pressostati e termostati di sicurezza.
Come funziona una Pompa di Calore Elettrica
Il funzionamento di una pompa di calore si basa sul ciclo termodinamico a compressione di vapore, che permette di trasferire calore da una sorgente fredda a una calda utilizzando energia elettrica. Ecco in dettaglio le quattro fasi del ciclo:
Fase di evaporazione
- Il fluido refrigerante, in stato liquido a bassa pressione, entra nell’evaporatore,
- Qui assorbe calore dall’ambiente esterno (aria, acqua o terreno),
- L’assorbimento di calore causa l’evaporazione del fluido che diventa gas,
- La temperatura esterna influenza significativamente l’efficienza di questa fase.
Fase di compressione
- Il compressore elettrico aspira il gas a bassa pressione,
- Attraverso il lavoro meccanico, aumenta la pressione del gas,
- L’aumento di pressione causa anche un incremento della temperatura,
- In questa fase si concentra il maggior consumo di energia elettrica.
Fase di condensazione
- Il gas caldo ad alta pressione entra nel condensatore,
- Qui cede il calore all’ambiente da riscaldare (direttamente all’aria o all’acqua dell’impianto),
- Raffreddandosi, il gas torna allo stato liquido,
- La temperatura di mandata può raggiungere i 55-65°C nei sistemi più efficienti.
Fase di espansione
- Il liquido ad alta pressione attraversa la valvola di espansione,
- La pressione diminuisce bruscamente,
- La temperatura del fluido si abbassa notevolmente,
- Il ciclo può ricominciare.
L’efficienza di questo processo è misurata dal COP (Coefficient Of Performance), che indica quanta energia termica viene prodotta per ogni kWh elettrico consumato.
Un COP di 4 significa che con 1 kWh elettrico si producono 4 kWh termici.
I Tipi di Pompe di Calore
Esistono diverse tipologie, classificate in base alla fonte di calore utilizzata:
- Aria-aria: preleva calore dall’aria esterna e lo trasferisce all’aria interna
- Aria-acqua: trasferisce il calore all’impianto idronico (radiatori o pannelli radianti)
- Acqua-acqua: utilizza l’acqua di falda o superficiale come fonte di calore
- Geotermiche: sfruttano il calore del terreno attraverso sonde verticali o orizzontali
Esiste una ulteriore suddivisione in macro-tipologie per le pompe di calore aria-acqua:
- Monoblocco: tutti i componenti del circuito frigorifero si trovano all’interno dell’unità esterna, e ci si collega all’impianto esistente (o nuovo) tramite tubazioni all’interno delle quali circola acqua. Il vantaggio di questa tipologia è che non necessitano collegamenti in alta pressione con gas refrigerante tra interno ed esterno, ed inoltre si possono installare senza patentino frigoristi F-GAS. Inoltre, tipicamente il contenuto di gas refrigerante è minore, quindi sono potenzialmente più ecologiche. Lo svantaggio risiede nel fatto che l’installatore ed il progettista devono valutare il rischio gelo.
- Splittate: il condensatore si trova all’interno dell’abitazione, tipicamente in un apposito accessorio fornito dal produttore. Il collegamento dall’unità interna ed esterna avviene con tubazioni in rame pre-isolate, all’interno delle quali circola gas refrigerante; per l’installazione di questi sistemi l’installatore deve essere in possesso di patentino frigoristi F-GAS. Il vantaggio di questi sistemi risiede nel fatto che le tubazioni del refrigerante non sono soggette a problemi di gelo, per contro il contenuto di gas aumenta e sono talvolta meno efficienti.
Come dimensionare una Pompa di Calore Elettrica
Il dimensionamento corretto di una pompa di calore è fondamentale per garantire efficienza, comfort e risparmio energetico.
Un’unità troppo grande comporta sprechi e costi inutili, mentre una troppo piccola non riesce a coprire il fabbisogno termico dell’edificio.
Vediamo di seguito i Fattori chiave per il dimensionamento.
Calcolo del fabbisogno termico dell’edificio
- Dipende da diversi fattori, tra cui isolamento, dispersioni termiche, volume degli ambienti e temperature esterne.
- Maggiore è la dispersione termica, più potente deve essere la pompa di calore.
- Il fabbisogno termico di un’abitazione ben isolata è inferiore rispetto a una con scarso isolamento.
Efficienza della pompa di calore (COP e SCOP)
- Il COP (Coefficient of Performance) indica l’efficienza della pompa di calore in condizioni standard. Più è alto, minore sarà il consumo di energia elettrica.
- Il SCOP (Seasonal COP) rappresenta l’efficienza media stagionale, considerando le variazioni climatiche. Un valore elevato significa costi operativi ridotti.
Temperatura esterna minima
- In zone con inverni molto rigidi, le pompe di calore aria-aria e aria-acqua possono perdere efficienza.
- Il COP, e quindi l’efficienza, diminuiscono all’abbassarsi della temperatura esterna; infatti, come si può notare dalla tabella seguente, estratta dal manuale di un produttore, possiamo notare quanto segue.
- Per valutare gli effetti della temperatura esterna bisogna mettersi in parità di condizioni, ossia si sceglie una taglia di pompa di calore (nel caso in esempio 5 kW nominali) e si definisce una temperatura di mandata dell’acqua all’impianto (nel caso in esempio 35°C, quindi impianto a pannelli radianti)
- Ricaviamo il COP al variare della temperatura esterna:
- Ad una temperatura di 7°C esterni abbiamo COP = 4,05
- Ad una temperatura di 0°C esterni abbiamo COP = 3,54 (-12,5%)
- Ad una temperatura di -3°C esterni abbiamo COP = 3,21 (-20,7%)
E’ importante sottolineare che temperature rigide, sotto lo zero o comunque vicine a quella di progetto (es. -5°C), si verificano per pochissime ore o giorni all’anno; quindi, tipicamente la pompa di calore lavora con COP elevati.
Scelta della potenza della pompa di calore
Occorre dimensionare la pompa di calore tenendo conto della temperatura esterna di progetto, ad esempio -5°C; infatti tipicamente la potenza resa fornita dai produttori è quella con una temperatura esterna di 7°C, che potrebbe non essere sufficiente a scaldare l’abitazione con temperature più rigide.
Per un dimensionamento corretto, è consigliabile dunque:
- Affidarsi a un tecnico specializzato per un’analisi dettagliata.
- Scegliere una pompa di calore con un COP elevato per ridurre i consumi.
- Considerare il clima locale e il tipo di impianto esistente per evitare inefficienze.
Quanta energia elettrica consuma una Pompa di Calore
Il consumo energetico di una pompa di calore è influenzato da molteplici fattori che è importante conoscere per una corretta valutazione dei costi operativi. Vediamoli di seguito.
Efficienza stagionale
- Il COP (Coefficient Of Performance) varia durante l’anno
- In condizioni ottimali può raggiungere valori di 4-5
- Nelle giornate più fredde può scendere a 2-3
- La media stagionale (SCOP) è il valore più realistico per calcolare i consumi
Temperatura esterna
- Con temperature esterne tra +7°C e +15°C: massima efficienza
- Tra 0°C e +7°C: efficienza buona ma ridotta
- Sotto 0°C: significativo calo dell’efficienza
- Presenza di sistemi di sbrinamento che aumentano i consumi
Caratteristiche dell’edificio
- Classe energetica dell’immobile
- Qualità dell’isolamento termico
- Superficie da climatizzare
- Esposizione solare
- Presenza di ponti termici
Come si calcola la Potenza Elettrica assorbita
La potenza elettrica assorbita istantanea si calcola con la seguente formula:
Potenza elettrica (kW) = Potenza termica (kW) / COP istantaneo
Esempio:
- Potenza termica richiesta: 5 kW
- COP nelle condizioni di lavoro: 3,5
- Potenza elettrica assorbita: 5/3,5 = 1,42 kW
Ottimizzazione dei consumi
Per ridurre i consumi elettrici è possibile:
- Impostare temperature moderate in ambiente (20-21°C in inverno),
- Cercare di ridurre la temperatura di mandata dell’acqua nell’impianto di riscaldamento, eventualmente allungando le ore di funzionamento,
- Mantenere una corretta manutenzione,
- Integrare con sistemi fotovoltaici,
- Isolare adeguatamente l’edificio.
Vantaggi e svantaggi del suo utilizzo
Le pompe di calore elettriche offrono un’elevata efficienza energetica, permettendo di riscaldare e raffreddare gli ambienti con un unico impianto e riducendo significativamente i consumi. Tuttavia, presentano costi iniziali di installazione piuttosto elevati e possono risultare meno performanti in condizioni climatiche estreme. Vediamo Pro e Contro in dettaglio:
Vantaggi
- Elevata efficienza energetica,
- Riduzione delle emissioni di CO2,
- Possibilità di riscaldamento e raffrescamento con un’unica unità esterna,
- Integrazione con il fotovoltaico,
- Incentivi fiscali disponibili (ECOBONUS),
- Non necessitano di canne fumarie.
Svantaggi
- Costo iniziale più elevato rispetto ad una normale caldaia a condensazione,
- E’ preferibile un buon isolamento dell’edificio,
- Possibile necessità di interventi sull’impianto esistente,
- Rendimento variabile con le condizioni climatiche,
- Sono richiesti maggiori spazi per l’installazione,
- Occorre rivolgersi ad installatori idraulici e termotecnici con maggiore specializzazione.
Manutenzione
Sotto alcune soglie di potenza, esempio 10/12 kW (il limite è individuato dalla norma regionale in cui si trova l’edificio), non è richiesta la registrazione dell’impianto (la tipica “vecchia” prova fumi che si fa con la caldaia).
In ogni caso è consigliato provvedere annualmente a fare eseguire la manutenzione ad un centro assistenza o un tecnico di zona.
Quanto costa una Pompa di Calore Elettrica?
Tipicamente il costo di installazione di una pompa di calore elettrica può variare dai 5.000 ai 15.000 €.
I fattori che influenzano il costo totale sono i seguenti:
- Potenza termica richiesta (da 5.000€ per piccoli impianti)
- Tipologia scelta (aria-aria, aria-acqua, geotermica)
- Complessità dell’installazione
- Eventuali opere murarie necessarie
- Marca e modello selezionati
Costi aggiuntivi da considerare
- Adeguamento impianto elettrico: 500-1.500€
- Opere murarie: 500-1.500€
- Dimensionamento e progetto: 500-1.500€
Suggerimenti per ottimizzare l’investimento
- Affidarsi a ditte specializzate: il sistema a pompa di calore richiede maggiore preparazione della ditta rispetto ad una normale caldaia a condensazione,
- Scegliere prodotti di fascia medio-alta,
- Scegliere prodotti per i quali sia presente un centro di assistenza tecnica di zona (ad esempio alcuni prodotti, pur essendo di ottime marche, non hanno centri assistenza di zona, ed in caso di anomalie bisogna attendere parecchio prima di risolvere il problema),
- Non eccedere col dimensionamento della pompa di calore, in quanto una taglia troppo grande farà aumentare i consumi,
- E’ importante affidarsi a ditte strutturate della zona, in quanto prima di eseguire i lavori è necessario confrontarsi più volte ed eseguire a volte anche più di un sopralluogo (inoltre le ditte di zona hanno maggiore conoscenza di centri di assistenza tecnica del luogo e maggior percezione delle condizioni climatiche esterne),
- Effettuare sempre una manutenzione programmata annuale,
- Cercare di stipulare contratti di fornitura di energia elettrica più convenienti.
