Le pompe di calore per il riscaldamento vantano un’efficienza energetica elevata, ma molto dipende dalle caratteristiche della macchina e dalle condizioni di funzionamento.
Indice:
- Perché le pompe di calore sono i sistemi di riscaldamento più efficienti?
- Pompe di calore: la forza ciclo termodinamico
- Come si valuta l'efficienza di una pompa di calore durante la fase di riscaldamento
- Come viene valutata l'efficienza di una pompa di calore durante la fase di raffrescamento
- L’efficienza effettiva stagionale
- L’etichetta energetica di una pompa di calore
- L’effetto temperatura esterna sull’efficienza
- Quali altri fattori influiscono sull’efficienza delle pompe di calore
Perché le pompe di calore sono i sistemi di riscaldamento più efficienti?
Le pompe di calore sono considerate i sistemi di riscaldamento e di produzione dell’acqua calda sanitaria più efficienti. Una parte dell’energia che consumano, infatti, viene ricavata direttamente dall’energia termica dall’ambiente circostante (in genere aria esterna, acqua di falda o terreno) e solamente la quota restante di energia necessaria viene ricavata dall’elettricità che consuma il sistema.
Il principio termodinamico alla base del funzionamento di una pompa di calore (chiamato ciclo di Carnot) consente, in pratica, di sfruttare una fonte di calore rinnovabile già presente in natura e disponibile gratuitamente, riducendo i consumi di energia a parità di risultato rispetto a una caldaia a gas.
Se il rendimento di una moderna caldaia a condensazione arriva già attorno al 100% e oltre (ossia viene convertita in calore tutta l’energia contenuta nel gas consumato), con le pompe di calore si ottiene sempre molta più energia di quella che si consuma in elettricità: generalmente il triplo, ma in alcuni casi 5 o 6 volte tanto.
Pompe di calore: la forza del ciclo termodinamico
Le pompe di calore idroniche (aria-acqua e acqua-acqua) riscaldano e raffrescano l’acqua dell’impianto grazie a un ciclo termodinamico che prevede la compressione e la decompressione di un gas refrigerante.
Un compressore elettrico comprime il gas fino a raggiugere la temperatura necessaria. Tramite uno scambiatore di calore, l’energia termica prelevata dalla sorgente esterna (ad esempio l’aria se si tratta di pompe di calore aria acqua) e poi passata al gas, viene traferita all’acqua dell’impianto che arriva fino ai terminali presenti nell'abitazione (pavimento radiante, radiatori, ventilconvettori).
Quando raffrescano, le pompe di calore funzionano invece come un frigorifero, sfruttando il raffreddamento che si produce dall’espansione del gas refrigerante nel circuito.
Proprio perché le pompe di calore trasferiscono energia anziché generarla, possono raggiungere livelli molto elevati di efficienza energetica o di rendimento, che rappresenta il rapporto tra l'energia termica prodotta e l'energia elettrica consumata.
Come si valuta l'efficienza di una pompa di calore durante la fase di riscaldamento
Il rendimento (o la “resa”) di una pompa di calore determina la sua efficienza energetica: più è alto, più il sistema è efficiente.
I calcoli per misurare il rendimento per riscaldare in inverno e per raffrescare e in estate, però, sono diversi, e per questo vengono utilizzati differenti parametri.
Per quanto riguarda il funzionamento invernale in riscaldamento, l’efficienza si misura con il COP (Coefficient of performance), che rappresenta il rapporto tra energia resa in calore ed energia elettrica consumata. Ad esempio, un valore del COP pari a 4 significa che la pompa di calore restituisce 4 kWh di energia termica a fronte di 1 kWh di energia elettrica consumato (gli altri 3 arrivano dalla sorgente esterna).
Le pompe di calore sono solitamente più efficienti nel riscaldamento che nel raffrescamento, ma il COP effettivo con cui funzionano dipende da alcuni importanti fattori, come vediamo in seguito, tra i quali è fondamentale la temperatura esterna durante l’anno.
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Il COP di una pompa di calore che sfrutta l’energia termica dell’acqua di falda o del terreno (pompe di calore geotermiche) è maggiore di quello di una pompa che sfrutta l'aria, poiché il terreno presenta una temperatura mai troppo bassa e tendenzialmente costante durante tutto l'anno.
Come viene valutata l'efficienza di una pompa di calore durante la fase di raffrescamento
Una pompa di calore idronica può anche funzionare per raffrescare e in questo caso fa esattamente quello che fa un frigorifero: l’aria calda degli ambienti domestici viene prelevata e trasferita fuori, così da abbassare la temperatura interna.
Quanto una pompa di calore funziona in raffrescamento la sua efficienza si valuta con l’indice di prestazione EER (Energy Efficient Ratio), che indica il rapporto tra i kWh di energia frigorifera generata e i kWh di elettricità consumati. Se il valore è 4, per ogni kWh di energia elettrica utilizzata la pompa di calore restituisce 4 kWh di energia termica (freddo).
Anche l’EER, come il COP, è più alto quanto la differenza di temperatura tra l’ambiente e la sorgente esterna è minore. Se fuori fa molto caldo e si imposta una temperatura interna molto fresca, quindi, la macchina consuma di più.
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Se si installa una pompa di calore sia per riscaldare che per raffrescare in estate, bisogna verificare che abbiano valori elevati sia il COP che l’EER.
L’efficienza effettiva stagionale
Ancora più precisi di COP ed EER sono gli indici SCOP e SEER che hanno introdotto il concetto di efficienza stagionale, calcolata sul reale consumo energetico con le diverse temperature della sorgente esterna (generalmente l’aria) durante l’intera stagione di riscaldamento e raffrescamento. Infatti, a seconda della temperatura esterna l’efficienza cambia.
L’indice SCOP, ad esempio, è calcolato come il rapporto tra tutta l'energia termica fornita durante il periodo invernale e l'energia elettrica consumata dalla macchina durante lo stesso periodo.
I parametri SCOP e SEER sono più attendibili, ma sono misurabili solo dopo l’installazione. Un progettista esperto, però, può stimarli con relativa precisione utilizzando appositi software.
L’etichetta energetica di una pompa di calore
Dal 2015 tutti gli apparecchi di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria devono rispettare dei requisiti prestazionali minimi e devono avere un’etichetta energetica per fornire all'utente le informazioni più importanti.
Anche le pompe di calore, quindi, devono essere accompagnate dall’etichetta energetica che riporta la classe di efficienza, la potenza termica e la rumorosità.
A partire dal 2019 l’etichetta energetica è stata modificata e comprende oggi 7 classi di efficienza: le pompe di calore più efficienti sono quelle in classe A+++.
Ovviamente, maggiore è la classe di efficienza, più alti sono i valori di COP ed EER e minori sono i consumi della pompa di calore.
Attenzione: è importante sapere che il COP e l’EER indicati sull’etichetta energetica di una pompa di calore non sono valori reali per qualsiasi condizione di funzionamento.
Il COP, ad esempio, si riferisce a una temperatura dell’aria esterna standard pari a +7°C e con temperatura di mandata dell’acqua calda pari a 35°C, mentre con temperature esterne più basse e/o acqua di mandata più calda il COP diminuisce. Per questo motivo è fondamentale valutare l’indice di prestazione stagionale per capire quanto una pompa di calore possa essere davvero efficiente durante tutto l'anno.
L’effetto temperatura esterna sull’efficienza
Come abbiamo detto, l’efficienza di una pompa di calore è legata alla differenza tra temperatura esterna e quella dell’acqua dell’impianto: il rendimento maggiore si ottiene quando la differenza tra le due temperature è minima. Se in inverno fa molto freddo, infatti, la macchina deve fare più “fatica” per scaldare l’acqua, il COP si abbassa e il consumo di elettricità aumenta. Ma quanto incide la temperatura esterna? Molto.
Ad esempio, un COP fino a 5 in condizioni standard (con aria a 7°C e acqua a 35°C) può abbassarsi a circa 4 se la temperatura esterna è di 1°C, e scendere ulteriormente se la temperatura esterna diminuisce o si alza la temperatura dell’acqua dell’impianto.
Anche se le più evolute pompe di calore sono in grado di funzionare con temperature esterne molto basse, il COP si abbassa nettamente con temperature esterne inferiori a -5°C.
C'è da preoccuparsi? Non molto, perché il tempo di permanenza a temperature esterne sotto zero limitato a poche ore in una zona climatica media italiana, quindi saranno poche le ore in cui la pompa di calore aria acqua si troverà a lavorare in condizioni gravose.
E' importante dimensionare correttamente la pompa di calore per fare in modo che lavori al meglio alle temperature medie invernali e ottenere il massimo del rendimento stagionale.
Quali altri fattori influiscono sull’efficienza delle pompe di calore
Oltre alla temperatura della sorgente esterna, vi sono altri elementi che influiscono sull’efficienza delle pompe di calore che dipendono dalle caratteristiche della macchina e dalle condizioni di funzionamento. In particolare:
- Temperatura di mandata dell’acqua dell’impianto: è anch’essa un fattore molto importante, direttamente collegato alla temperatura esterna (non dimentichiamo che il fattore importante è la differenza tra i due valori). Le pompa di calore, quindi, funzionano in modo efficiente se scaldano l’acqua a bassa temperatura. Per questo motivo è indicato l’accoppiamento con i pannelli radianti a pavimento o con i ventilconvettori che necessitano di acqua, rispettivamente, a 35°C e a 45/50°C;
- Isolamento termico dell’edificio: una casa ben isolata, ad esempio con cappotto termico, necessita di meno energia per essere riscaldata e quindi si può installare un impianto di riscaldamento a bassa temperatura; se, invece, in casa sono presenti i vecchi radiatori che richiedono 70°C, la pompa di calore consuma di più e potrebbe non riuscire a garantire il necessario comfort domestico;
- Classe di efficienza energetica: un aspetto da considerare è la classe di efficienza della pompa di calore; ovviamente quelle in classe A+++ hanno i migliori rendimenti e consentono di mantenere bassi i consumi; anche il tipo di gas refrigerante (es. propano) utilizzato influisce sulle prestazioni;
- Dimensionamento della pompa di calore: una pompa di calore deve essere dimensionata correttamente per l’abitazione in cui è installata; un sistema sovradimensionato o sottodimensionato può influire negativamente sul COP e sull'efficienza generale;
- Manutenzione del sistema: un impianto ben mantenuto è più probabile che mantenga un elevato rendimento nel tempo. La manutenzione regolare, inclusa la pulizia e la verifica delle componenti chiave, è fondamentale per garantire l'efficienza del sistema.
