L’idea da portare con te
Negli edifici esistenti la pompa di calore funziona bene solo con una bassa temperatura di mandata. Prima si riducono i fabbisogni con la coibentazione e il funzionamento continuo, poi si installa una macchina dimensionata giusta, con circuiti semplici e portate equilibrate.
01 · Il quadro
Case green e pompa di calore: perché è una sfida
La direttiva chiede di rinnovare tutto il parco edilizio; la pompa di calore chiede condizioni di lavoro precise.
Cosa chiede la direttiva
Secondo la Direttiva 2024/1275 (EPBD recast, «case green») entro il 2050 tutti gli edifici in Europa dovrebbero essere a emissioni zero. Per gli edifici esistenti questo significa, con il tempo:
- coibentare l'involucro (cappotto e serramenti) evitando i ponti termici;
- installare la ventilazione meccanica, per la qualità dell'aria interna e per ridurre ancora i fabbisogni;
- passare al riscaldamento a pompa di calore;
- aggiungere fotovoltaico e automazione per ottimizzare il funzionamento.
Socal ha indicato di cominciare dalla coibentazione (e dalla VMC quando si cambiano le finestre): l'uso di fonti fossili cala subito, anche con la caldaia, e la pompa di calore diventa molto più piccola, con meno costo, allacciamento elettrico, spazio, rumore e refrigerante. In più la coibentazione rende «a bassa temperatura» gli impianti a radiatori esistenti.
A che punto sono i piani nazionali
Entro il 31/12/2025 gli Stati membri dovevano presentare i piani di ristrutturazione del patrimonio edilizio nazionale. Al 12 ottobre 2026 sul sito della Commissione europea ne risultavano 19, uno dei quali regionale (Vallonia). Alcuni esempi citati:
- Vallonia (3,7 milioni di abitanti, parco edilizio vecchio e paragonabile a quello italiano): spesa prevista di 140 miliardi, che riportati all'Italia sarebbero 2200 miliardi, con obblighi di intervento drastici per proprietari e nuovi acquirenti;
- Danimarca (6 milioni di abitanti): 12 miliardi per un parco edilizio quasi doppio, mediamente in classe C perché ben costruito e coibentato da tempo, con biogas per le caldaie residue;
- Bulgaria: tasso di occupazione degli edifici vicino al 50%.
Restano aperti i nodi delle risorse economiche, umane e materiali (rinnovare il 4% degli edifici ogni anno), di chi debba intervenire per primo nel residenziale e di cosa succederà agli edifici non adeguati in tempo.
La pompa di calore in due parole
Tolti gas, gasolio e GPL, per il comfort degli edifici resta soprattutto l'energia elettrica, quindi la pompa di calore. È una macchina potenzialmente molto efficiente ma estremamente sensibile alle condizioni di funzionamento:
- il COP dipende dalla differenza fra le temperature delle sorgenti: ogni grado in più costa dal 2 al 3% di rendimento, ogni grado in meno della sorgente fredda dal 2 al 3% di potenza;
- serve un impianto a bassa temperatura di mandata;
- non si possono avere potenze elevate: l'acqua calda sanitaria si fa solo con accumulo;
- il sovradimensionamento è molto dannoso (costo, efficienza, durata, rumore, allacciamenti, refrigerante);
- non basta progettare bene: la messa a punto deve essere accurata e l'utente va informato su come usare l'impianto.
L'obiettivo è il COP stagionale in esercizio
Lo SCOP è un dato di prodotto, non dell'edificio. Quello che conta è il COP stagionale nelle condizioni medie di esercizio, calcolato correttamente con la UNI/TS 11300; per valutazioni preliminari si possono usare fogli semplificati con calcolo per bin. Dal COP dipende anche la prestazione economica che interessa al committente. Punti di attenzione: temperatura di mandata, frequenza delle accensioni ON-OFF ai bassi carichi, uso delle ore più favorevoli per fotovoltaico e tariffe di rete.
I criteri di progetto (prEN 15450)
La norma europea sulla progettazione degli impianti a pompa di calore, in revisione, elenca gli aspetti da passare in rassegna uno per uno: sorgente fredda e pozzo caldo, potenza dei corpi scaldanti, circuiti idraulici e portate lato impianto e lato pompa di calore, potenza della macchina, volume d'acqua disponibile, spazio per i componenti, acqua calda sanitaria e servizi a temperature diverse o contemporanei, impatti ambientali (refrigerante, rumore, perforazioni, prodotti chimici), sicurezza legata al refrigerante, allacciamento elettrico, qualità dell'acqua.
Molti di questi aspetti con la caldaia erano scontati. L'allacciamento elettrico è un esempio: in un edificio esistente portato al trifase la potenza si divide sulle tre fasi e, se i carichi non sono bilanciati, su ciascuna resta poco margine.
02 · Sorgente e terminali
Quale sorgente fredda, quali corpi scaldanti
Nella maggior parte dei casi la sorgente è l'aria esterna; il lavoro vero è sui radiatori esistenti.
| Sorgente | Punti a favore | Limiti | Diffusione |
|---|
| Aria esterna | Sempre disponibile, economica | Temperatura bassa e variabile, rumore | Usuale |
| Terreno, scambiatore orizzontale | Temperatura più stabile dell'aria | Costo e spazio per lo scambiatore, sensibile al clima | Costoso |
| Terreno, scambiatore verticale | Temperatura più stabile dell'aria, utile anche per raffrescamento e free-cooling | Costo e spazio per la trivellazione, incertezza sulla prestazione a lungo termine, autorizzazioni (perforazione delle falde) | Costoso |
| Acqua di falda | Temperatura costante tutto l'anno, utile anche per raffrescamento e free-cooling | Disponibilità locale, costo di sollevamento e pompaggio, autorizzazioni per prelievo e restituzione, qualità dell'acqua e filtrazione | Nicchia |
| Acqua superficiale | Temperatura poco variabile, utile anche per raffrescamento e free-cooling | Disponibilità localizzata, filtrazione, costo di pompaggio | Nicchia |
I corpi scaldanti
- Pannelli radianti: intrinsecamente a bassa temperatura di mandata, tecnologia consolidata.
- Radiatori in edifici nuovi: si dimensionano sulla temperatura di mandata voluta, per esempio 40 °C.
- Radiatori in edifici esistenti, il grosso del lavoro: la mandata richiesta dipende dal carico e dalla grandezza dei radiatori installati. Va verificato il tipo di collegamento (monotubo, bitubo) e vanno valutati il funzionamento continuato e la coibentazione. Le valvole termostatiche sono comode ma richiedono salti termici alti. Sostituire i radiatori con pannelli radianti è un'opera invasiva e può richiedere comunque la coibentazione.
- Ventilconvettori, anche canalizzati: la soluzione per il raffrescamento e quando non si può coibentare né installare pannelli.
- Impianti misti, con più livelli di temperatura: separare i circuiti e scegliere fra funzionamento alternato, macchine distinte o un diverso sistema di generazione.
- Impianti ad aria: soprattutto per edifici nuovi, perché servono carichi molto bassi.
Percorrere tutto l'impianto
L'analisi va fatta seguendo l'impianto dai terminali al generatore: corpi scaldanti raggruppati in zone, circuiti di distribuzione, collettori, circuiti di generazione, generatori.
03 · Temperatura di mandata
Il radiatore: quanto è grande e quanto deve dare
La potenza nominale dice solo la grandezza del radiatore; la mandata dipende dal carico che gli si chiede.
| Grandezza | Condizioni nominali | Condizioni effettive (esempio) |
|---|
| Potenza emessa | 1000 W | 400 W |
| Temperatura di mandata | 80 °C | 50 °C |
| Temperatura di ritorno | 60 °C | 40 °C |
| Salto termico mandata/ritorno | 20 °C | 10 °C |
| Portata | 43 l/h | 34 l/h |
| Temperatura media del radiatore | 70 °C | 45 °C |
| Salto termico lato aria (ambiente a 20 °C) | 50 °C | 25 °C |
La relazione che governa il radiatore
La potenza emessa dipende dalla temperatura media del corpo scaldante: P = Pnom · ((Tmed − Tamb) / ΔTref)^n, con n = 1,3 per i radiatori e circa 1,13 per i pannelli. L'unico dato che resta uguale in ogni condizione è la potenza nominale, cioè la «grandezza» del radiatore.
Sull'esistente si ragiona così: un radiatore da 1000 W nominali (Δθ 50 °C) che deve erogare 800 W richiede Δθ = 42 °C, cioè 62 °C di temperatura media. Sul nuovo si fa il contrario: se servono 400 W con Δθ = 25 °C, occorre un radiatore da 1000 W nominali.
Cosa determina la temperatura richiesta
- Potenza installata: dati di catalogo CE (Δθ 50 °C) o rilievo UNI 10200 (Δθ 60 °C).
- Carico termico reale: da calcolo o, sull'esistente, meglio dai consumi storici, perché le stratigrafie sono spesso un'incognita.
- Orari: passare al funzionamento continuo, salvo ragioni precise come fotovoltaico o tariffe orarie molto differenziate. Passando da 14 a 24 ore, la differenza di temperatura richiesta fra radiatore e ambiente scende da 60 a 40 °C (o da 50 a 33 °C).
- Isolamento: le pareti passano da una trasmittanza di 0,8…1,5 a 0,2…0,3 W/m²K e la potenza richiesta si riduce di un fattore circa 4; va verificato che l'effetto sia simile in tutti i locali, altrimenti si correggono alcuni radiatori.
Indicativamente la mandata non dovrebbe superare i 50 °C in condizioni di dimensionamento.
Dalla temperatura media alla mandata
La mandata richiesta è la somma di due parti: A, la temperatura media, che dipende dal rapporto fra potenza da emettere e grandezza del radiatore; B, metà del salto termico mandata/ritorno. Nell'esempio della slide, con media 45 °C e salto di 10 °C servono 50 °C; con media 33 °C e salto di 8 °C ne bastano 37.
Per questo conviene contenere i salti termici, cioè aumentare le portate, entro i limiti di rumore e consumi di pompaggio: come ordine di grandezza, 5-8 °C sui pannelli e una decina di gradi sui radiatori. Il dimensionamento dei corpi scaldanti si fa con il carico termico; la verifica della mandata effettiva con i calcoli di prestazione energetica.
Monotubo e riduzione della mandata
Con un impianto monotubo il salto termico negli anelli è tipicamente di 15…20 °C e l'ultimo radiatore dell'anello è fortemente penalizzato se si abbassa la mandata. Le strade sono rifare la distribuzione, aumentare i radiatori (con il vincolo della posizione della valvola) o coibentare decisamente l'edificio, verificando numero di radiatori e potenza di ciascun anello.
In generale, abbassando la mandata la potenza disponibile cala in fretta: con 50 °C di mandata un impianto a radiatori rende il 30…48% della potenza nominale, a seconda che lavori a portata costante o a salto termico costante e con salto nominale di 10 o 20 °C. È importante non eccedere con il salto termico mandata/ritorno.
In pratica
Verificate i consumi annui, ricavate potenza media e massima con la firma energetica e confrontatele con la potenza dei radiatori installati (rilievo UNI 10200).
04 · Convenienza e calcolo
COP di equivalenza, ibrido e calcolo per bin
Quando conviene la pompa di calore, quando la caldaia, e come stimarlo rapidamente. Il bin è una classe di temperatura esterna.
Il COP di equivalenza economica
Dati i prezzi di gas ed elettricità, esiste un COP sopra il quale la pompa di calore costa meno della caldaia: COPeq = prezzo dell'elettricità (€/kWh) × PCI del gas (kWh/Sm³) × rendimento della caldaia / prezzo del gas (€/Sm³).
| Rendimento caldaia | PCI gas | Prezzo gas | Prezzo elettricità | COPeq |
|---|
| 96% | 9,6 kWh/Sm³ | 0,60 €/Sm³ | 0,25 €/kWh | 3,84 |
| 96% | 9,6 kWh/Sm³ | 0,80 €/Sm³ | 0,15 €/kWh | 1,728 |
L'equivalenza energetica è facile: con i fattori di energia primaria non rinnovabile di elettricità (1,95) e gas (1,05) il COP di equivalenza è intorno a 2, e una pompa di calore raramente scende sotto. La sfida è economica. In Italia i prezzi di gas ed elettricità variano in modo simile e la tabella della slide 24 riporta il COPeq per ogni combinazione: con i prezzi degli ultimi anni l'equivalenza si colloca più o meno fra 2 e 3. Per questo conviene far lavorare la macchina nella zona alta del COP.
Ibrido: quando commutare
- Si fissa il COP di equivalenza economica sul grafico del COP della pompa di calore.
- Per ogni temperatura di mandata si legge la temperatura esterna a cui la curva incrocia quel COP (nell'esempio, con mandata a 30 °C, −8 °C).
- Si traccia la curva delle mandate di equivalenza in funzione della temperatura esterna e la si incrocia con la curva climatica dell'edificio: l'intersezione è la temperatura di commutazione teorica.
Idealmente non serve il funzionamento contemporaneo: conviene o la pompa di calore o la caldaia. Ci può essere una zona grigia se le due macchine sono collegate in serie. Sbagliare di uno o due gradi non cambia molto, perché attorno a quel punto i costi si equivalgono.
Il foglio di calcolo per bin
Che cos’è un bin. È una classe di temperatura esterna, qui larga 1 °C: per ciascuna si contano le ore della stagione e si moltiplicano per la potenza richiesta dalla firma energetica, così si ottiene il fabbisogno da coprire a ogni temperatura (slide 27).
Socal ha mostrato un foglio di calcolo che segue il ragionamento della UNI/TS 11300 con bin stagionali di 1 °C invece che mensili. Il percorso:
- dati climatici orari (UNI 10349 o misurati, per esempio dalle centraline regionali);
- firma energetica dell'edificio da consumi, da calcolo o da tre punti noti (temperatura di progetto, potenza, temperatura di annullamento del carico); dai consumi si tolgono quelli non di riscaldamento, letti in estate;
- dati dei corpi scaldanti, da cui esce la curva climatica richiesta;
- fabbisogno di acqua calda sanitaria, con le perdite della distribuzione finale e del ricircolo;
- scelta della pompa di calore, con copertura del fabbisogno e temperatura di bivalenza;
- prezzi e fattori dei vettori energetici, temperature di equivalenza economica e scelta dei cut-off di pompa di calore, resistenze e caldaia.
Serve per valutazioni rapide prima del progetto; il risultato definitivo si rifà con un calcolo completo.
| Configurazione (stesso edificio, 25.492 kWh) | Costo annuo | Energia primaria non rinnovabile | CO2 | COP complessivo |
|---|
| Ibrido con cut-off ottimizzato (77% pompa di calore, 22% caldaia, 1% resistenze) | 2.970 € | 18.295 kWh | 2.515 kg | 3,20 |
| Tutto elettrico (93% pompa di calore, 7% resistenze) | 3.399 € | 18.940 kWh | 2.088 kg | 2,62 |
| Tutto gas (caldaia) | 3.596 € | 27.882 kWh | 5.311 kg | — |
05 · Circuiti e bilanciamento
Circuiti utenti: guidare senza freni
Con la pompa di calore si usa solo il circuito diretto con valvola a due vie, e l'impianto va ribilanciato a ogni intervento sull'involucro.
Socal ha usato l'immagine dell'auto: la temperatura di mandata è l'acceleratore, e con la pompa di calore schiacciarlo costa; la riduzione di portata e la miscelazione sono freni. Un impianto efficiente regola la mandata con la curva climatica il più vicino possibile a quanto serve e frena il meno possibile.
| Circuito | Come lavora | Con la pompa di calore |
|---|
| Diretto | Massima semplicità; si agisce solo sulla temperatura del generatore e sulla portata; risposta non lineare: a potenza ridotta la portata crolla | Adatto: la temperatura prodotta arriva al corpo scaldante |
| Miscelato | Richiede pompa dedicata, valvola e servomotore; abbassa la mandata rispetto al generatore | Da non usare: la miscelazione distrugge inutilmente il lavoro della pompa di calore; accettabile con le caldaie |
| A by-pass | Valvola e servomotore; stessa temperatura del generatore, portata variabile nel terminale | Da non usare negli impianti efficienti: fa circolare acqua inutilmente e aumenta le dispersioni del ritorno |
UTA, batterie e ventilconvettori
- Sulle UTA il circuito a by-pass è ancora molto usato. La UTA lavora a portata variabile e temperatura costante: conviene una valvola a due vie con una pompa a pressione costante, che fa risparmiare energia elettrica e dispersioni del ritorno.
- Per trasformare un by-pass in un circuito a due vie non basta chiudere la terza via: la pompa va sostituita con una elettronica correttamente parametrizzata e, nella grande maggioranza dei casi, va cambiata anche la valvola, perché le tre vie (specie quelle a settore) hanno trafilamenti elevati e non controllano le portate minime.
- Nel ventilconvettore la potenza si regola con la velocità della ventola; di regola si lavora a portata costante ed è bene intercettare l'acqua a ventola ferma, per non far circolare portata inutile. Il circuito è adatto alla pompa di calore; è il ventilconvettore a essere al limite in riscaldamento.
Bilanciare vuol dire tre cose
- immettere il calore dove serve;
- distribuire i corpi scaldanti in base alle dispersioni dei locali;
- distribuire le portate d'acqua in base alle potenze dei corpi scaldanti.
Ogni coibentazione, anche parziale, cambia il peso relativo delle dispersioni fra i locali: coibentare significa anche sbilanciare l'edificio rispetto all'impianto esistente. È una verifica da fare locale per locale. La tabella riporta, per l'appartamento d'esempio, il rapporto fra potenza dei radiatori e carico di ogni locale; i radiatori sono stati ridistribuiti, in economia, in funzione dello stato finale.
| Locale | Elementi (prima → dopo) | Iniziale | Sottotetto coibentato | Con cappotto |
|---|
| Bagno | 8 → 8 | 0,65 | 0,82 | 1,77 |
| Cucina | 20 → 18 | 1,03 | 1,23 | 2,76 |
| Sala | 12 → 12 | 1,11 | 2,08 | 3,72 |
| Camera 1 | 20 → 12 | 1,50 | 1,59 | 2,93 |
| Camera 2 | 12 → 12 | 1,28 | 2,23 | 4,54 |
| Camera 3 | 24 → 18 | 1,22 | 1,35 | 3,36 |
| Totale | 96 → 80 | 1,03 | 1,36 | 2,67 |
Bilanciamento idraulico
Con rami in parallelo, ciascuno con valvola di regolazione a due vie e valvola di bilanciamento statica: si aprono al 100% tutte le valvole di regolazione, si lascia completamente aperta la valvola di bilanciamento del ramo più sfavorito, si regolano le altre fino al giusto rapporto fra le portate e infine si porta la pompa alla pressione minima che dà le portate corrette; rallentando la pompa i rapporti fra le portate non cambiano. Il bilanciamento si fa alla potenza e portata massime; ai carichi parziali ci pensano le valvole di regolazione.
Conclusione sui circuiti utenti
Solo circuiti diretti con valvola a due vie, che a portata variabile hanno anche i minimi consumi elettrici ausiliari. Niente miscelati con le pompe di calore, niente by-pass in generale: per le variazioni di portata ci sono le pompe elettroniche, purché si sappiano impostare. Gli impianti si bilanciano prima termicamente e poi idraulicamente sul carico massimo; nel funzionamento quotidiano il bilanciamento è affidato alle valvole di regolazione della temperatura ambiente.
06 · Portate
Portata minima e miscelazione involontaria
La pompa di calore vuole portata abbondante; l'impianto non deve averne più del generatore.
Perché serve una portata minima
Lato acqua del condensatore (o dell'evaporatore) la portata non si può ridurre: cala il coefficiente di scambio per la minore velocità, aumentano i salti termici e diminuisce la potenza massima trasportabile. Il flussostato della macchina è lì per controllarla. Attenzione alle perdite di carico del condensatore, spesso elevate, e ai raccordi del circuito primario: curve del multistrato piegate o con raccordo a gomito, raccordi a passaggio totale.
Collegamento diretto e valvola di sfioro
Nel circuito di generazione diretto la portata del generatore è vincolata a quella dell'impianto: quando valvole termostatiche o di zona chiudono, servono dispositivi che garantiscano il minimo. La valvola di sfioro però funziona solo con una pompa a giri fissi: con una pompa a pressione costante la prevalenza non sale mai e la valvola resta sempre aperta o sempre chiusa. Se proprio serve, meglio un by-pass fisso, eventualmente con valvola on-off.
Circuito a portata indipendente
Con un compensatore idraulico la portata del generatore è svincolata da quella dell'impianto e il minimo si può garantire. La condizione è che la portata nella pompa di calore sia maggiore o uguale a quella nell'impianto. Per controllarlo bastano le temperature.
| Rapporto fra le portate | Cosa si vede | Effetto |
|---|
| Portata nel generatore maggiore che nelle utenze | Coincidono le temperature di mandata; il compensatore si riempie di acqua calda | La mandata all'impianto è proprio quella che serve: corretto |
| Portata nelle utenze maggiore che nel generatore | Coincidono le temperature di ritorno; il compensatore diventa freddo al centro | Miscelazione involontaria: cala il COP o manca il riscaldamento; in raffrescamento cala l'EER o manca la deumidificazione |
Inversione estate-inverno e collegamento diretto
Se l'accumulo è collegato in parallelo e si deve passare dal caldo al freddo, per evitare l'inversione della stratificazione basta fare i «T» all'esterno del volume, almeno sulla mandata: i due collegamenti sono idraulicamente equivalenti, ma i T esterni impediscono la miscela del fluido in arrivo dal lato a portata maggiore. Il tratto di collegamento deve avere un diametro adeguato.
Il collegamento diretto è possibile in un caso particolare: piccolo impianto a pannelli radianti, senza intercettazioni sui singoli circuiti, con un unico termostato ambiente che comanda la marcia. L'accumulo di calore nei pannelli e nelle strutture tiene bassa la frequenza delle accensioni.
Le portate, in sintesi
Nell'impianto la portata dovrebbe essere alta per ridurre il salto termico negli emettitori e quindi la mandata; ma se supera quella del generatore si ha miscelazione involontaria, e più portata vuol dire più consumi di pompaggio. Quindi: salti termici bassi ma ragionevoli, perdite di carico limitate, portate massime ben equilibrate (non bilanciate «all'italiana» per sovraportata), circuiti a due vie per lavorare a portata variabile, portata abbondante nella pompa di calore.
07 · Servizi e taglia
Temperature diverse, acqua calda e sovradimensionamento
Non miscelare, e scegliere la taglia sui consumi reali più che sul carico di progetto.
Servizi a temperature diverse
Con due servizi a temperature diverse (riscaldamento e acqua calda sanitaria, due zone, impianti misti) non si dovrebbe miscelare: si sceglie fra funzionamento alternato e due pompe di calore dedicate, in serie o in parallelo.
- Caso tipico, pannelli scarsi in bagno e scaldasalviette: la soluzione energeticamente migliore, dove praticabile, è far lavorare lo scaldasalviette a bassa temperatura insieme al pannello, con valvola termostatica, come sola integrazione. La resistenza elettrica nello scaldasalviette è energeticamente scorretta ma semplice ed efficace.
- Edificio con zone importanti a pannelli e a radiatori: si è costretti a miscelare, e allora bisogna abbassare il più possibile la temperatura del circuito più caldo, aumentando orari di funzionamento e superfici di scambio.
Acqua calda sanitaria
Con un'unica macchina, la pompa di calore lavora alternativamente in riscaldamento (25…35 °C) e in produzione di acqua calda sanitaria (oltre 50 °C): attenzione alla portata minima. Il circuito semplice con accumulo in parallelo garantisce anche il volume d'acqua necessario. L'alternativa sono pompe di calore dedicate ai due servizi: nessuna interruzione di riscaldamento o raffrescamento e nessun circuito di commutazione per collegare il bollitore all'impianto principale.
| Aspetto | Pompa di calore | Caldaia a condensazione |
|---|
| Efficienza energetica | Una taglia in più causa molta intermittenza, che riduce molto l'efficienza | Una taglia in più può essere perfino benefica; serve un sovradimensionamento molto elevato per intaccare l'efficienza |
| Costo di investimento | Costo al kW ancora molto elevato, forte incidenza sul totale | Costo al kW moderato, poca incidenza |
| Allacciamenti | Potenze elevate impegnative e in concorrenza con altri usi | Facile ottenere potenze elevate con il gas |
| Durata di vita | L'intermittenza riduce la vita del compressore | Nessun impatto significativo |
| Ingombri | Crescono unità esterna e accumulo minimo di acqua tecnica | Poco impatto |
| Rumore | Aumenta la rumorosità esterna | Poco influente |
| Sicurezza | La quantità di refrigerante comporta obblighi amministrativi (F-gas), manutentivi e di sicurezza (volume dei locali) | Alcune soglie di potenza comportano oneri per la sicurezza (INAIL, VVF) |
Come dimensionare la pompa di calore
- Carico termico: considera solo le dispersioni, senza apporti, quindi il sovradimensionamento è garantito. Richiede il rilievo dell'intero edificio, con stratigrafie incerte, ma serve locale per locale per equilibrare l'impianto.
- Firma energetica di progetto (consumi calcolati): dimensionamento più corretto, ma dà solo la taglia del generatore, non dei singoli corpi scaldanti.
- Firma energetica da consumi misurati: dimensionamento più corretto; resta l'incertezza su quanto l'uso passato rappresenti quello futuro.
- Metodi dinamici orari: valutano anche la potenza di ripresa, ma sono molto sensibili ai dati su apporti solari e interni.
La regola rapida
Per ogni 1000 Sm³ di gas consumati all'anno servono circa 7 kW su 14 ore di funzionamento o 4,5 kW su 24 ore. Esempio: 5000 Sm³ all'anno danno 35 kW su 14 ore e 22,5 kW su 24 ore. È un'ottima prima stima, in genere sufficiente per la caldaia di ricambio, da affiancare a metodi non fondati sui consumi come verifica.
08 · Accumulo, spazi, rete
Accumulo tecnico, spazi e allacciamento elettrico
Limitare le accensioni, trovare posto ai componenti, verificare la potenza disponibile.
Dimensionare l'accumulo tecnico
Nelle pompe di calore aria-acqua il volume minimo d'acqua serve per lo sbrinamento e soprattutto per limitare la frequenza delle accensioni. L'accumulo sensibile sfrutta il calore specifico dell'acqua, 1,16 kWh/(m³·°C). Il calcolo proposto:
- non più di un avviamento ogni 15 minuti;
- potenza minima di funzionamento continuo, valutata in condizioni primaverili: per esempio 9 kW × 0,3 = 2,7 kW;
- energia in un ciclo di 15 minuti: 0,25 h × 2,7 kW = 0,68 kWh;
- isteresi scelta: 2 °C;
- volume = 0,68 kWh / (1,16 × 2 × 2 × 2) ≈ 73 litri.
I tre fattori 2 sono l'isteresi, il ciclo completo (una salita e una discesa) e la condizione più critica, quando il carico è metà della potenza minima. Per una villetta l'ordine di grandezza è un centinaio di litri o poco meno. Il volume deve essere sempre disponibile alla pompa di calore, senza intercettazioni: per questo si può usare il compensatore come accumulo.
L'intermittenza nelle norme
Che il funzionamento ON-OFF riduca molto il COP è noto, ma mancano dati normati: le prove EN 14511 sono a potenza costante; con la EN 14825, quando il carico di prova è sotto il minimo di modulazione, si prova alla minima potenza continua e si corregge con una formula standard. È in sviluppo un metodo di prova con intermittenza (load based testing), che dovrà specificare anche l'intervallo fra le accensioni; in ambito CTI si valuta una correzione del fattore di carico che tenga conto del volume di accumulo.
Lo spazio
Le caldaie sono passate dal basamento al muro, fino all'incasso o al terrazzo; una caldaia con acqua calda istantanea sta in un modulo da cucina. Con la pompa di calore bisogna trovare posto per l'accumulo di acqua calda sanitaria (150…300 litri), l'accumulo di acqua tecnica (50…100 litri), l'unità interna e l'unità esterna, non troppo lontano dal punto di partenza originario dell'impianto.
| Allacciamento | Limite indicativo |
|---|
| BT monofase | 6 kW (eccezionalmente 10 kW = 45 A) |
| BT trifase | 100 kW; da 60 kW si chiedono verifiche, da 15 kW ci sono penalità per carico reattivo |
| MT trifase | Oltre 100 kW, con cabina elettrica MT/BT privata dell'utente |
Il carico passa dalla rete gas a quella elettrica
Con la pompa di calore il carico che era sulla rete gas passa su quella elettrica. In condominio può voler dire passare al trifase, costruire la linea e rinforzare il trasformatore MT/BT, con il problema dello spazio. Lo stesso tema si pone con gli obblighi per le prese di ricarica dei veicoli elettrici: occorre pensare non solo al passaggio dei cavi ma anche al locale per il trasformatore e all'allacciamento in media tensione.
09 · Caso e conclusioni
Un appartamento da riqualificare e cosa ci aspetta
Senza coibentazione la pompa di calore non basta; con il cappotto anche i vecchi radiatori diventano a bassa temperatura.
La procedura
- verificare la potenza nominale dei corpi scaldanti installati;
- verificare le condizioni di funzionamento attuali;
- verificare se è possibile coibentare l'edificio;
- valutare il funzionamento 24 ore su 24 anziché 14;
- decidere come trattare eventuali corpi scaldanti non omogenei;
- verificare la temperatura di mandata ottenibile, con attenzione ai parametri di calcolo della UNI/TS 11300;
- trovare il posto per la pompa di calore e per l'accumulo di acqua calda sanitaria;
- procedere con il resto del dimensionamento e della progettazione.
| Stato | Carico termico | Mandata a gennaio | Consumo per riscaldamento | Rendimento o COP | Classe |
|---|
| Iniziale | 15 kW | 69,0 °C | 3600 Sm³ di metano | 0,91 | G |
| Sottotetto coibentato, caldaia a condensazione | 8,3 kW | 46,2 °C | 1500 Sm³ di metano | 0,92 | F |
| Sottotetto coibentato, pompa di calore da 6 kW | 8,3 kW | 44,0 °C | 3750 kWh elettrici | 3,7 | C |
| Cappotto e finestre, pompa di calore | 4,2 kW | 32,0 °C | 1033 kWh elettrici | 4,75 | A3 |
Nello stato iniziale (mattoni pieni, soffitto verso il sottotetto in 25 mm di eraclit con trasmittanza 2,9 W/m²K, finestre in legno a vetro singolo, 100 m², radiatori per circa 14 kW nominali) la mandata richiesta era troppo alta: anche con la potenza necessaria la pompa di calore si sarebbe bloccata, e i pannelli radianti non erano proponibili. Con 20 cm di lana di roccia nel sottotetto (trasmittanza 0,197 W/m²K) la mandata massima scende sotto i 50 °C: funzionamento non ideale ma accettabile anche in pompa di calore. Tutti i risultati sono senza fotovoltaico.
Prima di coibentare
L'edificio durerà abbastanza da ammortizzare l'intervento? Nel caso: muratura in due corsi di mattoni pieni (26 cm), travi del tetto in legno sane, impianto elettrico e antenna da rifare. Nel posare l'isolante attenzione alla condensa sulle travi e ai ponti termici degli «appendini». Per l'installazione: unità esterna in posizione obbligata sopra la scala, con attenzione al rumore verso i vicini; pompa di calore, accumuli e lavatrice in due colonne ai lati di un divisorio, sfruttando i mobili bassi della cucina, con attenzione al rumore interno.
In sintesi, per l'edificio singolo come per il condominio
- Senza coibentazione (salvo casi particolari, come pannelli radianti già presenti) non si può funzionare solo in pompa di calore: temperatura dell'impianto, COP basso, potenza dell'allacciamento.
- Dopo una coibentazione parziale, almeno il tetto e le pareti «facili», le condizioni possono diventare accettabili anche con radiatori di dimensioni ragionevoli.
- Dopo la coibentazione completa anche un impianto a radiatori esistente diventa a bassa temperatura e la potenza richiesta si riduce molto.
- Quando si cambiano le finestre attenzione alla ventilazione; conviene cambiarle insieme al cappotto, per curare il giunto e ridurre o eliminare il ponte termico.
Ibrido: da dove partire
Su un edificio non coibentato l'ibrido permette di cominciare a usare la pompa di calore mantenendo continuità e copertura del servizio. La pompa di calore va dimensionata molto ridotta, indicativamente il 20…30% della potenza della caldaia: la caldaia di regola è sovradimensionata (150…200% di quanto serve), in pompa di calore non serve più del 50% della potenza richiesta dall'edificio e la si farà lavorare 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Funzionerà nelle mezze stagioni e per l'acqua calda estiva; la punta la dà la caldaia. Quando l'edificio sarà coibentato la potenza si ridurrà molto (a 1/3…1/4). Se l'edificio è ben coibentato, la pompa di calore può coprire l'intero carico.
Le conseguenze
La direttiva punta a eliminare i combustibili fossili dai nuovi edifici entro il 2030, dagli esistenti entro il 2040 e dalla produzione dei vettori energetici entro il 2050; i tempi reali saranno probabilmente più lunghi. Sarà coinvolto oltre il 90% degli edifici, con costi di molte decine di migliaia di euro a famiglia, e servono tempo, prodotti e manodopera qualificata. Per i professionisti il passaggio dalla combustione alla pompa di calore, stimato in circa 15 anni, significa che «tutti i bruciatoristi devono diventare frigoristi»: crescono elettronica, automazione e messa a punto, e gran parte della forza lavoro va riqualificata.
La conclusione: prima ridurre i fabbisogni coibentando seriamente, poi installare la pompa di calore e gestire il tutto con una buona automazione, curando ponti termici e ricambio d'aria. Coibentando si riducono subito fabbisogni e consumi di fonti non rinnovabili, si installano macchine più piccole e non serve sostituire i corpi scaldanti né rifare le reti di distribuzione.
Il radiatore da 1000 W
Un radiatore da 1000 W nominali (Δθ 50 °C, n = 1,3) che deve erogare 800 W richiede una differenza di 42 °C sull'ambiente, cioè 62 °C di temperatura media: è il ragionamento da fare sull'esistente. Sul nuovo si parte dal carico: per 400 W con temperatura media di 45 °C (Δθ 25 °C) serve un radiatore da 1000 W nominali, alimentato a 50 °C con ritorno a 40 °C.
Ibrido, tutto elettrico o tutto gas
Con il foglio per bin, per un edificio con 25.492 kWh di fabbisogno fra riscaldamento e acqua calda, gas a 1,30 €/Sm³ ed elettricità a 0,35 €/kWh, Socal ha confrontato tre gestioni. Con i cut-off ottimizzati l'ibrido costa 2.970 € l'anno, la soluzione tutta elettrica 3.399 €, quella tutta a gas 3.596 €. Passando al solo gas energia primaria ed emissioni crescono moltissimo (27.882 kWh e 5.311 kg di CO2), mentre il costo resta non troppo lontano.
Scaldasalviette: resistenza, miscelatrice o bassa temperatura
Impianto a pannelli con radiatori nei bagni, fabbisogno di 7519 kWh, bagni al 10% dei consumi. Con resistenze elettriche in bagno e curva climatica fino a 32 °C: COP complessivo 3,45 e 762,90 € l'anno. Con valvola miscelatrice e curva fino a 50 °C: COP 3,60 e 731,34 €. Con pannelli e scaldasalviette tutti in diretta: COP 4,55 e 577,88 €. Le prime due soluzioni si equivalgono: va verificato caso per caso.
73 litri di accumulo e la verifica su un impianto reale
Il calcolo per una macchina che al minimo eroga 2,7 kW dà circa 73 litri, con il caso più critico quando il carico è 1,35 kW, metà del minimo. Su un impianto reale con pompa di calore da 8 kW (A7W35), potenza minima circa 3 kW, 100 litri di accumulo e 250 litri fra radiatori e tubazioni, le letture giornaliere hanno dato un intervallo medio minimo fra le accensioni di 13 minuti, vicino ai 15 ipotizzati.
Appartamento all'ultimo piano, dal tetto al cappotto
Appartamento di 100 m² all'ultimo piano di un edificio in mattoni pieni, con caldaia di tipo C e radiatori per circa 14 kW nominali. Coibentando il sottotetto con 20 cm di lana di roccia il carico passa da 15 a 8,3 kW e la mandata di gennaio da 69 a 46,2 °C; con una pompa di calore da 6 kW il COP è 3,7. Con cappotto e finestre il carico scende a 4,2 kW, la mandata a 32 °C e il COP sale a 4,75.
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