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Caldo e freddo

Pompe di calore elettriche (ad aria)

L'aria fredda come fonte di riscaldamento

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Principio di funzionamento
Pompe di calore aria-aria
Pompe di calore aria-acqua 
Incentivi per le pompe di calore elettriche

Le pompe di calore maggiormente diffuse sono alimentate elettricamente e utilizzano come sorgente fredda l'aria. Si distinguono poi a seconda del tipo di fluido di lavoro, che può essere ancora l'aria, oppure l'acqua.

Le pompe di calore ad aria presentano rendimenti inferiori rispetto alle pompe di calore che utilizzano altre sorgenti, come il terreno o l'acqua. Questo è un fattore che va attentamente considerato: infatti, se da un lato le pompe ad aria hanno dei costi molto accessibili, dall'altro devono essere valutati tutti i reali benefici in termini di risparmio energetico e di comfort termico. 

Ma vediamo innanzitutto le componenti fondamentali della pompa di calore elettrica:

• il compressore

• il condensatore

• la valvola di espansione

• l'evaporatore

Pompa di calore elettrica

Principio di funzionamento

All’interno di tubazioni in rame (in giallo nella figura sopra), scorre a circuito chiuso un fluido refrigerante. Il fluido, nel transitare attraverso ciascuno dei componenti della pompa di calore, modifica il proprio stato da liquido a gassoso e viceversa, assorbendo e cedendo calore.

Approfondiamo più nel dettaglio le trasformazioni del fluido refrigerante all’interno del circuito chiuso della pompa di calore elettrica:

La compressione: il fluido refrigerante, che si trova allo stato gassoso, viene compresso e aumenta così la propria pressione e temperatura.

La condensazione: il fluido refrigerante, transitando attraverso il condensatore (che è uno scambiatore di calore), cede calore all’aria o acqua da riscaldare. Nel cedere parte del proprio calore, il fluido passa dallo stato gassoso allo stato liquido.

L’espansione: attraverso la valvola di espansione, si riducono pressione e temperatura del fluido refrigerante, che in parte ritorna allo stato gassoso.

L’evaporazione: il calore della sorgente fredda è trasmesso al fluido refrigerante, che passa completamente allo stato gassoso. Dopo l’evaporatore, il fluido passa nuovamente dal compressore e il ciclo può ricominciare.

Le pompe di calore ad aria presentano rendimenti (espressi dal coefficiente di prestazione COP) inferiori rispetto alle pompe di calore che utilizzano altre sorgenti, come il terreno o l'acqua. Questo è un fattore che va attentamente considerato: infatti, se da un lato le pompe ad aria hanno dei costi molto accessibili, dall'altro devono essere valutati tutti i reali benefici in termini di risparmio energetico e di comfort termico.  

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Pompe di calore aria-aria

Queste macchine, che sono le più diffuse e conosciute, utilizzano l’aria come sorgente termica. Dal punto di vista impiantistico, sono molto semplici da installare e non richiedono modifiche sostanziali agli impianti preesistenti.

La maggior parte dei modelli è di tipo reversibile: consente cioè di riscaldare in inverno e di raffrescare in estate. Sono inoltre dotate di sistemi più o meni complessi di filtraggio e deumidificazione dell’aria, trattamenti che assicurano buoni livelli di salubrità e comfort termico.

L'aria ha il vantaggio di essere una sorgente di energia disponibile ovunque. Il vero problema delle pompe elettriche che traggono calore dall'aria esterna è proprio quello della variabilità delle temperature, in quanto nella stagione fredda, specie con temperature vicine ai 0°C, esse presentano bassi rendimenti.

Se la temperatura dell’aria esterna durante l’inverno scende spesso sotto i 5°C, e in presenza di elevati tassi di umidità, sarà necessario prevedere un dispositivo di sbrinamento presso l’evaporatore, ad esempio una resistenza elettrica.

Di norma, le pompe di calore aria-aria sono composte da due unità separate, una interna ed una esterna, collegate tra loro da tubazioni nelle quali circola il fluido refrigerante.

Gli elementi principali della sezione esterna sono il compressore e lo scambiatore di calore, che funge sia da evaporatore (in fase di riscaldamento) che da condensatore (in fase di raffrescamento). Fanno inoltre parte della sezione esterna la ventola e la valvola per invertire il ciclo caldo/freddo. Il blocco esterno viene installato sui terrazzi oppure fissato alle pareti, a seconda dello spazio disponibile.

La sezione interna è invece una sorta di armadietto – o più armadietti - dotati di scambiatore di calore, anch’esso con funzioni alterne di condensatore o evaporatore, dal quale l’aria calda o fredda viene immessa negli ambienti, con l’aiuto di piccoli ventilatori. L’aria può anche essere distribuita in più ambienti mediante canalizzazioni. L’installazione ideale per la sezione interna è quella a controsoffitto, anche se la grande varietà di modelli presenti sul mercato consente una certa flessibilità impiantistica.

Le pompe di calore composte da una sezione interna e da una esterna sono disponibili nelle due configurazioni:

Monosplit: l’unità interna è composta di un unico armadietto. Si tratta della soluzione più comune per le piccole taglie, fino a 2 kW, ideali per piccoli locali.

Multisplit: l’unità interna è composta di due o più armadietti. E’ la soluzione adatta per le taglie fino a 20 kW, ideali per riscaldare/raffrescare due o più locali.

Per pompe di calore con taglie superiori ai 20 kW, al servizio di ambienti di medie-grandi dimensioni, si utilizza spesso, come sorgente fredda, l'aria viziata e calda che è all'interno dei locali. In pratica, l'aria viziata estratta dall'interno viene combinata (in percentuali variabili) con aria esterna e quindi successivamente riscaldata attaverso la pompa di calore prima di essere reimmessa negli ambienti interni.

Utilizzare aria riscaldata è ovviamente un vantaggio dal punto di vista energetico, anche se si deve prevedere l'aggiunta di tecnologie come recuperatori di calore e sistemi di trattamento e ricambio dell'aria. L'impiego dell'aria viziata come sorgente fredda è particolarmente utile per edifici ben isolati e in cui, per ragioni strutturali e di comfort, vi è uno scarso ricambio d'aria. Le installazioni di sistemi ad aria viziata sono tipicamente al servizio di strutture quali cinema, ospedali, uffici, ecc.

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Pompe di calore aria-acqua

Anche se meno conosciute rispetto a quelle aria-aria, le pompe di calore aria-acqua presentano interessanti caratteristiche tecniche. Possono infatti produrre acqua calda sanitaria e per il riscaldamento e, nel ciclo inverso, acqua fredda utilizzabile per raffrescare gli ambienti.

A differenza delle pompe aria-aria, quindi, svolgono le funzioni di caldaia e condizionatore, utilizzando l’acqua come fluido di lavoro all'interno degli ambienti. Anche queste pompe sono dotate di un’unità interna e di un’unità esterna. L’unità interna ha le funzioni di caldaia, e nel ciclo inverso produce acqua refrigerata.

Poiché l’acqua, per riscaldarsi/raffreddarsi, necessita di grandi superfici di scambio termico, di norma le pompe aria-acqua sono più ingombranti rispetto ai modelli aria-aria e presentano taglie medie superiori. Un impianto aria-acqua è anche tecnicamente più complesso e quindi più costoso, dal momento che comporta l’installazione di un sistema di distribuzione dell’acqua.

Avendo a disposizione acqua calda o acqua fredda per condizionare l'aria, il problema è quale impianto di distribuzione interna utilizzare per poter ottenere i diversi risultati stagionali. E' abbastanza evidente che i normali radiatori svolgono ottimamente la funzione di riscaldamento, ma non potrebbero mai svolgere quella del raffrescamento.

Il modo migliore per sfruttare le potenzialità di riscaldamento e raffrescamento di queste pompe è quello di utilizzare un sistema a larga superficie di scambio termico (i pannelli radianti) oppure un sistema a ventilazione.

I sistemi radianti (a soffitto, a parete, a pavimento) hanno il vantaggio di sfruttare bene le temperature intermedie, cioè di non necessitare di acqua troppo calda o troppo fredda. Ad esempio il raffrescamento radiante avviene distribuendo acqua a circa 15°C.
I sistemi a ventilazione (ventilconvettori) sono identici, nel funzionamento, a quelli abbinati alle pompe di calore aria-aria: dalla sorgente di calore o di freddo viene "soffiato" nell'ambiente un getto d'aria alla temperatura necessaria al condizionamento.

Si è gia visto come temperature invernali molto rigide influiscano negativamente sulle prestazioni delle pompe ad aria. Le stesse considerazioni climatiche valgono per questo tipo di pompe (il bacino da cui si trae il calore è lo stesso, cioè l'aria esterna).

In pratica, le configurazioni impiantistiche con pompe aria-acqua possono essere ricondotte essenzialmente a due:

• Impianti monovalenti
Se d’inverno la temperatura dell’aria esterna non scende sotto i 0°C, la pompa di calore può –se opportunamente dimensionata - soddisfare da sola tutte le esigenze di riscaldamento.

• Impianti bivalenti 
Per installazioni in località che hanno inverni rigidi, è opportuno prevedere l’integrazione tra la pompa di calore e un sistema ausiliario di riscaldamento. In inverno, quindi, la pompa di calore provvede al preriscaldamento dell’acqua, che viene poi inviata alla caldaia per essere riscaldata fino alla temperatura impostata.

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Incentivi per le pompe di calore elettriche

A partire dal 2013 il "Conto termico" (Dm sviluppo economico 28 dicembre 2012) ha introdotto un incentivo in conto capitale per sostenere gli interventi di "sostituzione di impianti di climatizzazione invernale esistenti con impianti di climatizzazione invernale dotati di pompe di calore, elettriche o a gas, utilizzanti energia aerotermica, geotermica o idrotermica".

Sono ammessi all'incentivo per questa tipologia di intervento sia le amministrazioni pubbliche che i soggetti privati.

Tale incentivo è stato riconfermato con l'aggiornamento del Conto termico da parte del Dm 16 febbraio 2016. Vedi voce "Nuovo Conto Termico" nel menù di destra.

La legge finanziaria 2008 ha esteso le detrazioni fiscali del 55% (introdotte dalla legge finanziaria 2007) agli impianti geotermici e alle pompe di calore; successivamente, il Dl 201/2011 ha incluso tra gli interventi detraibili anche la sostituzione di scaldacqua tradizionali con scaldacqua a pompa di calore dedicati alla produzione di acqua calda sanitaria.

Il Dl 4 giugno 2013 n. 63 ha innalzato la quota detraibile dal 55% al 65%.

Le detrazioni sono state prorogate di anno in anno fino ad arrivare alla legge di bilancio 2018. che ha disposto l'ennesima proroga al 31 dicembre 2018.

>> Vedi voce "Detrazione 65% per pompe di calore" nel menu di destra

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