Come scegliere il riscaldamento a pompa di calore

Come funziona la pompa di calore

La pompa di calore reversibile ha bisogno, per funzionare, di quattro componenti:

• Un compressore, che comprime il fluido refrigerante aumentandone pressione e temperatura.
• Un condensatore, in cui il fluido refrigerante trasferisce calore al fluido di trasporto (aria) dell'ambiente da riscaldare o raffreddare.
• Una valvola di espansione, che diminuisce la pressione del fluido refrigerante in uscita dal condensatore attraverso un dispositivo di strozzatura.
• Un evaporatore, componente con funzione simile al condensatore, ma che produce l'evaporazione del fluido refrigerante assorbendone il calore.

All'interno delle pompe di calore è presente anche un gas refrigerante che cambia stato quando viene compresso. Durante la compressione e l'espansione (cambiamento di fase), il gas refrigerante assorbe o rilascia energia (calore), consentendo il riscaldamento o il raffreddamento dell'ambiente.

Pompa di calore aria-acqua, come si integrano nella nostra abitazione

Le pompe di calore aria-acqua (idroniche) lavorano con lo stesso principio dei ben più diffusi climatizzatori. Sono composte da un’unità esterna dotata di compressore e uno scambiatore di calore. Possono essere monoblocco o split, cioè sono collegate a un’unità interna presente nell’abitazione. Questa può essere dotata di un accumulo di acqua tenuta in temperatura per aiutare il sistema a far fronte alle richieste di calore dell’impianto a radiatori o meglio ancora se radiante. Questi sistemi infatti hanno l’efficienza migliore quando li facciamo lavorare a bassa temperatura, diversamente la resa sarà inferiore se l’impianto prevede radiatori ad alta temperatura.

La pompa di calore può produrre anche acqua calda sanitaria, anche in questo caso è preferibile se abbinato a un bollitore da 100 lt o più.

Impatto ambientale delle pompe di calore

La pompa di calore elettrica è un sistema a basso impatto ambientale in quanto non vi è combustione di gas fossili in loco, e la maggior parte dell’energia trasferita all’abitazione è considerata rinnovabile perché prelevata dall’aria. Il sistema può essere definito a zero impatto solo se l’energia elettrica che l’alimenta è rinnovabile al 100%, al momento però l’energia venduta in rete solo per circa il 40% lo è. Avere un impianto fotovoltaico aiuta di molto a ridurre i costi in bolletta e il proprio impatto ambientale.

L'accumulo di acqua tecnica nelle pompe di calore monoblocco aria-acqua è utile o necessario in alcune situazioni specifiche. Di seguito, trovi i casi principali in cui serve un accumulo di acqua tecnica.

Monoblocco o split?

Come sono fatte

• Monoblocco: è un'unità unica in cui tutti i componenti principali (compressore, scambiatore, ventilatore) sono integrati all'interno di un unico blocco esterno.
  L'acqua viene riscaldata direttamente nell'unità esterna e poi convogliata all'impianto interno tramite tubazioni idrauliche.
• Split: è composta da due unità: una esterna (compressore, ventilatore) e una interna (scambiatore e altre componenti).
  Collegate tra loro da tubazioni che trasportano il gas refrigerante invece dell'acqua. Se sono collegate tramite solo passaggio di acqua, vengono chiamate generalmente hydrosplit.

Installazione

• Monoblocco: installazione più semplice, poiché c'è un'unica unità da posizionare all'esterno.
  Richiede isolamento accurato delle tubazioni idrauliche, soprattutto in climi freddi, per evitare il rischio di congelamento dell'acqua.
• Split: installazione più complessa, poiché richiede collegamenti frigoriferi tra le due unità.
  È necessario un tecnico certificato per gestire il gas refrigerante.

Efficienza e Prestazioni

• Monoblocco: la perdita di efficienza è minima se l'installazione idraulica è ben progettata.
  Adatto a climi miti o con una buona protezione delle tubazioni esterne.
• Split: meno rischio di perdite di efficienza legate al trasporto del calore, poiché circola solo gas refrigerante tra le unità.
  Migliore resistenza a climi molto freddi, poiché non ci sono tubazioni idrauliche esposte.

Manutenzione

• Monoblocco: manutenzione più semplice, poiché tutti i componenti principali sono concentrati in un'unica unità.
  Meno rischi di problemi legati al gas refrigerante.
• Split: può richiedere più interventi di manutenzione per il controllo dei collegamenti frigoriferi.
  La manutenzione deve essere effettuata da tecnici specializzati nel trattamento del refrigerante.

Applicazioni e Contesto d’Uso

• Monoblocco: ideale per abitazioni con spazio limitato all'interno o dove è preferibile evitare unità interne.
  Adatto per installazioni semplificate e ambienti con temperature esterne non estremamente rigide.
• Split: preferito in climi freddi, poiché il refrigerante è più efficiente nel trasferire calore a basse temperature.
  Utilizzato quando c'è spazio sufficiente per installare l'unità interna vicino all'impianto di riscaldamento.

Costo

• Monoblocco: generalmente meno costoso da installare, grazie alla semplicità dell'impianto.
  Può richiedere un investimento maggiore in isolamento delle tubazioni.
• Split: installazione più costosa, a causa della necessità di manodopera specializzata e collegamenti frigoriferi.
  Efficienza superiore può tradursi in risparmi energetici a lungo termine.

La pompa di calore hydro-Split è una variante delle pompe di calore aria-acqua, progettata per combinare i vantaggi delle configurazioni monoblocco e split.

La differenza delle pompe split tradizionali, l'Hydro-Split non utilizza tubazioni per il trasporto del gas refrigerante tra l'unità esterna e quella interna.

Invece, l'acqua o il fluido termovettore (miscela di acqua e antigelo) è trasportato tra le due unità. Questo permette di non dover rispettare complicanze come la gestione di fluidi refrigeranti come R290.

Pompa di calore aria-acqua

La pompa di calore è un sistema dotato di una doppia funzione, utile a rinfrescare d'estate e riscaldare d'inverno. In inverno la macchina sfrutta alcuni principi di fisica e termodinamica per traferire il calore dell'aria esterna in un altro ambiente a temperatura più elevata, la nostra abitazione.

Il funzionamento dell'apparecchio però è reversibile, quindi la pompa di calore può funzionare anche al contrario, trasferendo all'esterno il calore interno all'ambiente, che di conseguenza sarà rinfrescato. È l’utilizzo che ne facciamo d’estate con il climatizzatore ad aria.

Con accumulo o senza?

Le macchine monoblocco vengono presentate come macchine che possono fornire calore e confort in modo indipendente. Quando è preferibile abbinarle a sistemi di accumulo?

L'accumulo tramite un serbatoio di acqua funge da "volano termico", cioè contribuisce a ridurre le oscillazioni della temperatura nell'impianto. Questo è particolarmente importante per evitare cicli di accensione e spegnimento troppo frequenti della pompa di calore, che possono causare la maggiore usura del compressore e la riduzione dell'efficienza energetica.

• Integrazione con impianti di grandi dimensioni o a bassa inerzia. Se l'impianto è di grande dimensione o ha poca inerzia termica (ad esempio, con molti radiatori o fan coil), un accumulo di acqua tecnica aiuta a garantire una distribuzione uniforme del calore.
• Necessità di maggior portata o bilanciamento idraulico. L'accumulo garantisce che la portata d'acqua richiesta dalla pompa di calore sia sempre sufficiente, evitando problemi di cavitazione o malfunzionamenti dovuti a portate troppo basse.
• Compatibilità con cicli di sbrinamento. Durante il ciclo di sbrinamento (necessario in inverno per evitare la formazione di ghiaccio sull'unità esterna), l'accumulo di acqua tecnica consente di accumulare calore sufficiente per non interrompere il riscaldamento degli ambienti.
• Utilizzo con diversi generatori di calore. Se la pompa di calore è integrata con altri sistemi di riscaldamento (ad esempio, una caldaia a biomassa), l'accumulo di acqua tecnica aiuta a gestire l'interazione tra i diversi generatori.
• Ottimizzazione dell'efficienza. Un serbatoio d'accumulo consente alla pompa di calore di lavorare in condizioni ottimali, aumentando l'efficienza complessiva del sistema e il COP (coefficiente di prestazione).
• Quando non è strettamente necessario. Sistemi di piccole dimensioni: In piccoli impianti con una bassa potenza termica e un'inerzia adeguata, l'accumulo potrebbe non essere indispensabile. Impianti ben progettati: Se il dimensionamento della pompa di calore e dell'impianto è corretto, in alcuni casi si può evitare l'accumulo. Tuttavia, la presenza di un accumulo di acqua tecnica aumenta la flessibilità e la durata dell'impianto, rendendolo una scelta consigliata nella maggior parte delle situazioni. Lo stesso discorso vale per la produzione di acqua calda sanitaria. La presenza di un serbatoio con svariati litri di acqua in temperatura, permette di alzare l’efficienza del sistema, dovendo ricorrere meno ai sistemi con resistenza elettrica che fanno impennare i consumi elettrici.

Il fluido refrigerante

Le nuove direttive EU spingono per l’uso di gas refrigeranti, che se erroneamente liberati in atmosfera, possono causare un basso impatto legato al surriscaldamento dell’atmosfera.

Attualmente i fluidi refrigeranti R32 e R290 (propano) sono entrambi utilizzati nei sistemi di climatizzazione e refrigerazione, ma presentano differenze significative in termini di proprietà chimiche, efficienza, sicurezza e impatto ambientale. Ecco un confronto dettagliato:

• Efficienza Energetica
  R32 ha un'elevata efficienza energetica e una buona capacità di trasferimento del calore.
  R290 è ancora più efficiente, con migliori proprietà termodinamiche, che permettono di ridurre i consumi energetici.
• Impatto Ambientale
  R32 ha un GWP (Global Warming Potential) di circa 675, che è più basso rispetto ad altri HFC come l'R410A (GWP ~2088), ma comunque significativo.
  R290 ha un GWP di 3, praticamente nullo rispetto all'R32, ed è quindi molto più ecologico.
• Sicurezza e Infiammabilità
  R32 è classificato come A2L, quindi leggermente infiammabile.
  R290 è classificato come A3, quindi altamente infiammabile, il che richiede maggiori precauzioni nella gestione e nelle installazioni. R290 richiede componenti specificamente progettati per fluidi infiammabili, con particolari accorgimenti per la sicurezza.
  Per questo viene spesso utilizzato in unità monoblocco installate come unità esterne.
• Costo e Disponibilità
  R32 è ampiamente utilizzato e disponibile nel mercato della climatizzazione residenziale e commerciale.
  R290 è più economico in termini di produzione e utilizzo, ma la sua applicazione è limitata a causa delle normative sulla sicurezza.

Conclusione

Se la priorità è la sostenibilità ambientale e il basso impatto climatico, R290 è la scelta migliore, a patto che siano rispettate le normative sulla sicurezza.

L'uso del R290 sta crescendo, nei climatizzatori di nuova generazione soprattutto se installabili all’esterno, mentre R32 è ancora largamente impiegato nei sistemi di condizionamento d'aria split (con collegamento via circuito refrigerante all’unità interna) visto la facilità nell’assolvere la normativa della sicurezza.