Una pompa di calore può riscaldare, raffrescare e produrre acqua calda sanitaria. Di fatto, è l’unica tecnologia che consente di provvedere al comfort domestico in tutte le stagioni. Ecco perché è la soluzione più comoda, oltre che la più efficiente. In questa guida ti spieghiamo come funziona e quanto risparmi in bolletta rispetto a una caldaia.
Indice:
- Pompa di calore: un unico sistema per climatizzare in inverno e in estate
- I principali vantaggi di una pompa di calore
- Il principio di funzionamento di una pompa di calore
- Perché la pompa di calore è più efficiente di una caldaia
- Il ciclo frigorifero: come funziona una pompa di calore passo passo
- Differenti tipologie di pompe di calore
- I componendi di una pompa di calore
- Come funzionano le pompe di calore per riscaldare in inverno
- Come funzionano le pompe di calore per raffrescare in estate
- Come funzionano le pompe di calore per la produzione di acqua calda
- Come si misura il rendimento di una pompa di calore
- Esempi di consumo di una pompa di calore
- Confronto tra pompa di calore e caldaia a gas
- Pompa di calore e fotovoltaico: la combinazione più efficiente
- FAQ – Domande frequenti
Pompa di calore: un unico sistema per climatizzare in inverno e in estate
Tra i diversi motivi che stanno spingendo sempre più famiglie a scegliere la pompa di calore per la propria casa c’è senz’altro la sua versatilità. A differenza di una caldaia, che riscalda e basta, la tecnologia della pompa di calore permette di riscaldare, raffrescare e produrre acqua calda sanitaria con un unico sistema, risolvendo tutte le esigenze di climatizzazione e di comfort per 365 giorni l’anno. Significa risparmiare tempo e soldi perché si ha un solo impianto da gestire e sul quale far fare la manutenzione. Ma non solo.
Una pompa di calore, infatti, è una soluzione per la climatizzazione degli edifici che vanta la maggiore efficienza (decisamente più di una caldaia), facendo risparmiare energia. Inoltre, sfrutta fonti rinnovabili, permettendo di decarbonizzare la climatizzazione degli edifici. Consumando solo elettricità, infine, una pompa di calore permette di utilizzare quella prodotta dal proprio impianto fotovoltaico, avvicinandosi, in maniera minore o maggiore, al traguardo ambitissimo dell’autonomia energetica, con bollette elettriche quasi azzerate o comunque decisamente ridotte.
I principali vantaggi di una pompa di calore
Prima di entrare negli aspetti tecnici, ecco tutti i vantaggi delle pompe di calore:
- riscaldano gli ambienti durante l'inverno;
- raffrescano nei mesi estivi;
- producono acqua calda sanitaria tutto l’anno per bagno e cucina;
- riducono i consumi energetici rispetto alle caldaie a combustibili fossili;
- diminuiscono le emissioni di CO₂ associate alla climatizzazione domestica;
- possono utilizzare l'energia autoprodotta da un impianto fotovoltaico;
- possono lavorare in combinazione con i pannelli solari termici;
- permettono di eliminare l'utilizzo di combustibili fossili, realizzando una casa “zero gas”.
Il principio di funzionamento di una pompa di calore
In termini molto semplici, una pompa di calore è un sistema che trasferisce calore da un posto all’altro. La prima macchia di questo tipo, nata per riscaldare, fu inventata attorno alla metà del 1800, ma il principio fisico sui cui si basa, ossia il ciclo di Carnot, fu teorizzato qualche decennio prima.
Nella fase di riscaldamento invernale, il sistema preleva calore da una sorgente naturale esterna (che può essere l’aria, l’acqua di falda o il terreno) e lo trasferisce agli ambienti di casa. L’idea di prelevare calore dall’aria fredda può sembrare controintuitiva, ma bisogna considerare che una fonte contiene sempre una certa quantità di energia termica, anche quando è freddissima: in teoria, fino allo zero assoluto (0 K oppure -273,15 °C).
In modalità estiva di raffrescamento, invece, la fonte da cui viene prelevata l’energia termica sono gli ambienti interni, mentre il calore viene espulso all’esterno: è lo stesso funzionamento di un frigorifero. Sia le pompe di calore idroniche che riscaldano l’acqua dell’impianto (si chiamano pompe di calore aria acqua), sia i moderni climatizzatori aria aria, sono macchine reversibili, cioè possono invertire il ciclo di funzionamento da modalità freddo a modalità caldo, e in questo modo possono essere utilizzate come unico sistema di climatizzazione tutto l’anno.
Perché la pompa di calore è più efficiente di una caldaia
Diversamente da una caldaia, che per generare calore deve bruciare un combustibile, una pompa di calore sfrutta, oltre all’energia elettrica, l’energia termica già presente naturalmente (e gratuitamente) nella fonte da dove la preleva, ed è per questo motivo che vanta efficienze altissime: per ogni kWh di elettricità consumata, infatti, restituisce 3, 4 o 5 volte energia termica, a seconda del rendimento specifico. Una caldaia, invece, ha sempre un rendimento che al massimo si avvicina a 1:1.
Il ciclo frigorifero: come funzionano le pompe di calore passo passo
Come fa una pompa di calore a trasferire energia termica da un posto a un altro? Utilizzando un particolare fluido refrigerante che circola in un circuito chiuso. Il fluido viene sottoposto a un ciclo termodinamico che si ripete continuamente durante il funzionamento dell’impianto. Il ciclo composto da quattro fasi principali.
1. Evaporazione: il fluido in stato liquido e molto freddo (più freddo della fonte esterna) passando nell’evaporatore assorbe il calore e inizia ad evaporare a bassa temperatura.
2. Compressione: il gas arriva al compressore, che ne aumenta notevolmente pressione e temperatura; è questa fase che consente di ottenere il livello termico necessario per il riscaldamento degli ambienti.
3. Condensazione: il gas molto caldo (a circa a 70-90 °C) attraversa il condensatore e cede il proprio calore all'acqua dell'impianto o, se la pompa di calore è un climatizzatore aria aria, all'aria degli ambienti.
4. Espansione: il fluido attraversa una valvola di espansione che ne riduce pressione e temperatura, tornando allo stato iniziale. Il ciclo può quindi ricominciare.
Differenti tipologie di pompe di calore
A seconda della sorgente da cui prelevano energia termica e del mezzo a cui viene trasferito calore (o freddo), le pompe di calore di classificano in diversi modi:
- Pompa di calore aria aria: sono i climatizzatori, che prelevano calore dall’aria (esterna in inverno o degli ambienti interni in estate) e restituiscono caldo o fresco direttamente all’aria di casa. Normalmente non sono in grado di produrre acqua calda, ma di recente sul mercato sono apparsi climatizzatori capaci di riscaldare l’acqua contenuta in un bollitore ad uso sanitario, come il Vitoclima 300-S KOMBI di Viessmann indicato per una famiglia fino a 3 persone.
- Pompa di calore aria acqua: si tratta dalla la soluzione più diffusa per il riscaldamento nelle abitazioni, come la nuova Vitocal 200-A intelligent energy di Viessmann. L'energia viene prelevata dall'aria e trasferita all'acqua dell'impianto che può alimentare un pavimento radiante, i ventilconvettori ma anche i radiatori (se la pompa di calore è del tipo ad alta temperatura), oltre al bollitore per l’accumulo dell’acqua calda sanitaria. In modalità estiva, l’acqua refrigerata può alimentare pannelli radianti o ventilconvettori.
- Pompa di calore acqua acqua e pompa di calore geotermica: funzionano come le pompa di calore aria acqua ma prelevano energia termica dal terreno o dall’acqua di falda, tramite particolari sonde verticali e orizzontali che arrivano a diverse decine di metri di profondità. Questi sistemi, come la Vitocal 200-G di Viessmann, hanno il vantaggio di poter sfruttare una fonte esterna con temperatura più stabile durante l’anno e sono caratterizzati da rendimenti superiori, ma hanno costi alti e complessità di installazione. Per questi motivi, sono più adatti applicazioni di tipo commerciale o per edifici pubblici.
I componenti di una pompa di calore
In una pompa di calore monoblocco, come quelle aria acqua, tutti i componenti principali (compressore, evaporatore, condensatore, circolatore) risiedono nell’unità esterna.
In casa si installano gli eventuali moduli per la distribuzione idronica (il vaso di espansione, il bollitore per l’accumulo di acqua calda e la valvola deviatrice a tre vie, la centralina di controllo, oltre ad altri componenti in base alla configurazione di impianto).
Se la pompa di calore è di tipo splittata, invece, il modulo idronico risiede nell’unità interna ed è collegato all'unità esterna tramite tubi di collegamento gas refrigerante (proprio come un climatizzatore aria aria).
In un climatizzatore aria aria reversibile, sia per la unità esterna dove risiede il compressore che per la unità interna (split) è necessaria la presenza di evaporatore e condensatore per raffrescare e riscaldare direttamente l’aria degli ambienti.
Come funzionano le pompe di calore per riscaldare in inverno
Come abbiamo visto, durante la stagione fredda una pompa di calore estrae energia termica dall’aria esterna e la trasferisce all'impianto di riscaldamento. È il passaggio del gas refrigerante nel condensatore che permette di cedere il calore allo scambiatore, che poi lo trasferisce all’acqua dell’impianto (o direttamente all’aria interna di casa nel caso dei climatizzatori).
Una volta riscaldata, l’acqua viene spinta fino ai terminali dalla pompa di circolazione, esattamente come avviene con una caldaia. I terminali più indicati nel caso delle pompe di calore “tradizionali” sono quelli che funzionano a bassa temperatura (pannelli radianti a pavimento, ventilconvettori) perché permettono di riscaldare bene gli ambienti anche con l’acqua a circa 35°C prodotta dal sistema, sempre che la casa sia ben isolata termicamente. Esistono però pompe di calore ad alta temperatura che raggiungono i 70°C, adatte anche ad alimentare i vecchi termosifoni presenti in abitazioni non ben isolate.
L’offerta di pompe di calore Vitocal di Viessmann comprende un ampio ventaglio di pompe di calore a bassa temperatura splittate con potenze da 4 a 16 kW per tutte le esigenze del mercato residenziale. Quelle ad alta temperatura di tipo monoblocco (come le Vitocal 250-A a gas propano o la nuova Vitocal 200-A intelligent energy) producono acqua fino a 70 °C, permettendo di riscaldare abitazioni dotate dei tradizionali termosifoni.
Come funzionano le pompe di calore per raffrescare in estate
Durante l’estate, esattamente come avviene nei climatizzatori, una pompa di calore aria acqua inverte il suo ciclo di funzionamento producendo, invece che acqua calda, acqua refrigerata a circa 15 °C-18°C che viene fatta circolare fino alle serpentine dei pannelli radianti oppure ai ventilconvettori (non è possibile raffrescare casa avendo i termosifoni). In questo caso, è il passaggio del gas refrigerante freddo nell’evaporatore ad essere sfruttato per raffrescare.
Per poter utilizzare una pompa di calore anche in fase di raffrescamento estivo con i pannelli radianti, però, è necessario che l’impianto sia stato predisposto allo scopo, utilizzando collettori in materiale polimerico e installando un sistema per eliminare l’umidità di deumidificazione dell’aria ed evitare la formazione di condensa sulle superfici fredde.
Come funzionano le pompe di calore per la produzione di acqua calda
Diversamente dalle caldaie istantanee, che producono acqua calda sanitaria nel momento esatto del bisogno, le pompe di calore accumulano l’acqua sanitaria che viene riscaldata durante il funzionamento del sistema per renderla disponibile successivamente. Per questo motivo, accanto all’unità interna della pompa di calore deve essere posizionato un capiente bollitore (o boiler) che conservi la giusta quantità di acqua a seconda del numero di persone che compongono il nucleo familiare.
Orientativamente, per ogni persona servono 50 litri di acqua calda al giorno, quindi per una famiglia di 4 persone è consigliabile installare un bollitore da almeno 200 litri. La pompa di calore Vitocal 222-S di Viessmann, ad esempio, un modello splittato compatto da 4 a 16 kW di potenza, integra direttamente nell’unità interna un bollitore sanitario da 210 litri.
Il bollitore è un contenitore coibentato che si riempie costantemente di acqua dall’acquedotto. L’acqua viene riscaldata tramite una serpentina (scambiatore) posta dentro il serbatoio all’interno della quale scorre l’acqua calda tecnica dell’impianto.
Come si misura il rendimento di una pompa di calore
Per valutare quanto consuma una pompa di calore in inverno e in estate si valutano alcuni importanti indicatori di efficienza (ogni modello è caratterizzato da un valore differente).
In particolare, il COP (Coefficient of performance) è l’indicatore utilizzato nella produzione di calore: indica il rapporto tra energia termica prodotta ed energia elettrica consumata e più il valore è alto, più il sistema è efficiente. Un COP pari a 4 significa, ad esempio, che per ogni kWh di elettricità utilizzata vengono prodotti 4 kWh di calore. Dato che il rendimento di una pompa di calore non è fisso ma dipende da una serie di fattori (tra i quali il più importante sono le temperature esterne), oggi il riferimento per valutare le prestazioni è l’indice SCOP (Seasonal coefficient of performance), che indica il rendimento medio stagionale e consente una valutazione più realistica delle prestazioni annuali.
Spesso si sente dire che le pompe di calore non possono funzionare con temperature esterne troppo rigide, ma non è così: i moderni sistemi sono progettati per funzionare anche a diversi gradi sotto lo zero. Naturalmente, quando la temperatura esterna diminuisce, il rendimento tende a ridursi, ma le prestazioni restano comunque superiori a quelle di una caldaia.
In modalità raffrescamento si utilizza l’indice EER (Energy Efficient Ratio), che indica il rapporto tra i kWh di energia frigorifera generata e i kWh di elettricità consumati. L’indice e SEER (Seasonal Energy Efficient Ratio) permette una valutazione stagionale più veritiera. Anche in questo caso, più alto è l’EER più la pompa di calore è efficiente in raffrescamento.
Esempi di consumo di una pompa di calore
Analizziamo qualche caso pratico per capire quanto consuma una pompa di calore per il riscaldamento invernale. Ipotizziamo, ad esempio, un’abitazione da 100 m² nel Nord Italia (zona climatica E) in classe energetica B, quindi già dotata di un discreto isolamento termico (il cappotto), con un fabbisogno termico annuo orientativamente pari a 8.000 kWh.
Ipotizziamo che la pompa di calore abbia uno SCOP (quindi rendimento medio stagionale in inverno) pari a 4, un valore abbastanza buono. Con questo rendimento, i consumi elettrici della pompa di calore saranno pari a circa 2.000 kWh l’anno (8.000 ÷ 4, dato che per ogni kWh di elettricità consumato vengono restituiti 4 kWh termici), equivalenti a una spesa annua in elettricità pari a 600 euro l’anno (con un costo dell’elettricità, tasse comprese, di 0,3 euro al kWh).
Se la stessa abitazione è in classe C, quindi meno isolata e con un fabbisogno termico superiore (12.000 kWh), il consumo elettrico annuo con SCOP pari a 4 sarà di circa 3.000 kWh e la spesa indicativa salirà a 900 euro annui.
Confronto tra pompa di calore e caldaia a gas
Per produrre questo calore, una vecchia caldaia tradizionale con rendimento del 90% consuma circa 13.300 kWh di gas, ossia circa 1.400 Smc (Standard metri cubi). Con una moderna caldaia a condensazione caratterizzata da un rendimento del 100% i consumi di gas sono inferiori, pari a circa 1.200 Smc.
Considerando che un metro cubo di gas oggi costa tra 0,80 e 1,20 euro (costo finale in bolletta tutto incluso), si capisce subito come la spesa per il riscaldamento con una caldaia, anche se moderna a condensazione, sia nettamente superiore a quella di una pompa di calore.
| Pompa di calore | 3.000 kWh di elettricità | Circa 900 euro |
| Caldaia tradizionale | Circa 1.400 smc di gas | Da 1.120 a 1.680 euro |
| Caldaia a condensazione | Circa 1.200 smc di gas | Da 965 a 1.450 euro |
I valori riportati sono indicativi e possono variare in base alle caratteristiche dell’edificio, alle condizioni climatiche, alle abitudini di utilizzo e ai prezzi dell’energia. Il confronto non considera eventuali costi fissi presenti in bolletta.
Pompa di calore e fotovoltaico: la combinazione più efficiente
L'abbinamento tra pompa di calore e impianto fotovoltaico è oggi una delle soluzioni più interessanti per ridurre i costi delle bollette e acquisire una certa indipendenza dai fornitori. La pompa di calore, infatti, utilizza energia elettrica: se parte di questa energia viene prodotta direttamente dai pannelli solari, il prelievo dalla rete diminuisce sensibilmente.
L’autonomia completa, specialmente in inverno, è estremamente difficile da raggiungere, perché la produzione solare fotovoltaica si concentra nelle ore diurne, mentre il riscaldamento è necessario nelle ore serali e al mattino presto.
Installando anche un sistema di accumulo elettrico che conserva l’elettricità non autoconsumata subito, però, ci si può avvicinare a questo traguardo.
Prendiamo l'esempio di una famiglia che consuma 3.000 kWh all'anno per alimentare la pompa di calore (si tratta di un consumo medio, che può variare molto a seconda del tipo di abitazione e dell’utilizzo del sistema). Un impianto fotovoltaico da 6 kW, che nel Nord Italia ha una producibilità media di 7.000 kWh l’anno, può coprire una quota significativa di questo fabbisogno se dotato di accumulo, provvedendo anche ad alimentare le altre utenze elettriche di casa. In inverno sarà necessario prelevare anche elettricità dalla rete, ma in estate e nelle mezze stagioni la “copertura” sarà, nella migliore delle ipotesi, praticamente totale.
FAQ – Domande frequenti sulle pompe di calore
1. Una pompa di calore può riscaldare e raffrescare la casa?
Sì. Le pompe di calore reversibili riscaldano gli ambienti in inverno, li raffrescano in estate e, se sono di tipo idronico (ossia se riscaldano l’acqua dell’impianto), producono anche acqua calda sanitaria.
2. La pompa di calore funziona anche quando fuori fa molto freddo?
Sì. I modelli di ultima generazione sono progettati per funzionare anche con temperature esterne di diversi gradi sotto lo zero. Quando il freddo aumenta il rendimento diminuisce, ma il sistema continua a garantire il riscaldamento dell'abitazione in modo efficiente.
3. È possibile utilizzare una pompa di calore con i termosifoni?
Sì, scegliendo una pompa di calore ad alta temperatura, in grado di produrre acqua fino a circa 70 °C. In presenza di impianti a pavimento o ventilconvettori, invece, sono sufficienti le tradizionali pompe di calore a bassa temperatura.
4. Una pompa di calore produce anche l'acqua calda sanitaria?
Sì. L'acqua calda viene riscaldata durante il funzionamento del sistema e accumulata in un bollitore, così da essere disponibile per bagno e cucina ogni volta che serve.
5. Conviene abbinare una pompa di calore a un impianto fotovoltaico?
Sì. Utilizzando l'energia elettrica prodotta dai pannelli fotovoltaici è possibile ridurre i prelievi dalla rete e abbassare i costi in bolletta, soprattutto se l'impianto è dotato anche di un sistema di accumulo.
6. Una pompa di calore consuma meno di una caldaia a gas?
Sì. Una pompa di calore produce 3, 4 o 5 volte energia termica rispetto all’elettricità che consuma, riducendo i consumi energetici rispetto a una caldaia alimentata a combustibili fossili.
