Caratteristiche di un impianto di climatizzazione residenziale a pompa di calore

L’evoluzione dalla tecnologia a inverter, da tempo presente su impianti di condizionamento e grazie alla quale si possono riscaldare - oltre che raffrescare - gli ambienti, ha portato al perfezionamento dei climatizzatori a pompa di calore. Il principio di funzionamento della pompa di calore, semplificando, è quello di trasferire il calore da una determinata fonte verso un’altra, mediante l’utilizzo di energia elettrica. Il progresso nel campo delle pompe di calore le ha rese oggi un’ottima ed efficiente alternativa ai tradizionali generatori per il riscaldamento e agli impianti di condizionamento, in grado di rispondere in un’unica soluzione alle esigenze di climatizzazione in ogni periodo dell’anno e di produzione di acqua calda sanitaria anche in ambito residenziale.
 
Le pompe di calore richiedono un investimento iniziale più alto rispetto agli impianti tradizionali, tuttavia l’ammortamento è reso piuttosto rapido dal fatto che la loro alimentazione richiede soltanto energia elettrica, senza abbisognare dunque di altre utenze, la quale, di fatto, può essere parzialmente o totalmente prodotta da un impianto fotovoltaico; anche laddove tale impianto non fosse presente, le odierne pompe di calore hanno una resa molto alta: il rapporto resa/consumo può arrivare ad essere anche di 4:1 (kW/h) e, pertanto, l’ammortamento della spesa iniziale risulterà soltanto più diluito lungo l’arco di temporale, ma il risparmio in termini di fabbisogno energetico dell’edificio e il basso impatto ambientale in termini di emissioni sono senz’altro garantiti. Tra le soluzioni impiantistiche odierne, specialmente nel caso di ristrutturazioni o di aree climatiche molto rigide, sta prendendo piede la realizzazione di impianti ibridi, ossia impianti costituiti dalla compresenza di più generatori, integrati con sistemi di produzione di energia da fonti rinnovabili, che funzionano in parallelo o in alternativa grazie a sistemi di gestione automatizzata d’impianto: ad esempio, un generatore a condensazione, alimentato a gas o biomassa, collegato ad un sistema in pompa di calore possono sopperire ai fabbisogni di riscaldamento e di produzione di acqua calda sanitaria in accumulo in bollitore nei mesi invernali lavorando in parallelo, mentre nei mesi estivi la sola pompa di calore, abbinata ad un impianto solare termico, potrà sopperire alle esigenze di raffrescamento dei locali garantendo la copertura del fabbisogno di acqua calda sanitaria.
 
Le tipologie di climatizzatori a pompa di calore sono, sostanzialmente, quattro:
 

• Pompa di calore aria-aria: il più tradizionale dei sistemi della categoria costituito da una macchina esterna e da un impianto di diffusione a split o canalizzato; lo scambio termico avviene tra l’aria interna e l’aria esterna. Questa tipologia di climatizzatore è la meno onerosa relativamente all’acquisto iniziale e all’installazione e offre rese molto alte con consumi ridotti, tuttavia questo sistema non è adatto alla produzione di acqua calda sanitaria e, pertanto, va utilizzato in abbinamento ad altri generatori atti allo scopo. Un impianto con pompa di calore aria-aria ha un costo che parte dai 4.000/5.000 € ai quali vanno sommati i costi per il completamento dell’impianto idro-sanitario.

 

• Pompa di calore aria-acqua: sistema costituito da un’unità esterna ed un’unità interna nel quale lo scambio termico avviene tra l’aria dell’ambiente esterno e il fluido contenuto nelle unità d’impianto; quando tale fluido giunge all’unità interna questa ne trasferisce il calore all’impianto di diffusione che in questo caso, essendo l’acqua il vettore termico, può essere a termosifoni o a pannelli radianti. Tale sistema è adatto alla produzione di acqua calda sanitaria se dotato di bollitore d’accumulo e scambiatore di calore, nonché al raffrescamento degli ambienti con diffusione a split, a fan-coil o direttamente dal sistema radiante. La pompa di calore aria-acqua è più costosa rispetto a quella aria-aria, si parte dagli 8.000 €, e l’installazione è senz’altro più complessa, tuttavia questo sistema, opportunamente dimensionato, può sopperire completamente alla presenza di un secondo generatore.

 

• Pompa di calore acqua-acqua: sistema che sfrutta lo scambio termico con le acque di falda mediante un pozzo di prelievo dotato di pompa per far convogliare l’acqua nell’evaporatore il quale trasferisce il calore del fluido nel circuito d’impianto alla temperatura desiderata; l’acqua, raffreddata dopo lo scambio termico, viene re-immessa alla sorgente mediante un pozzo di iniezione. Esistono anche sistemi a circuito chiuso nei quali un fluido termovettore sostituisce il prelievo diretto dell’acqua di falda. La realizzazione di un impianto di questa tipologia richiede un'analisi geologica a cura di uno specialista al fine di conoscere la stratigrafia del terreno che ospita la falda, di stimare le masse di acqua disponibili e stabilire il verso del flusso dell'acqua; inoltre, i sistemi aperti devono tenere conto della qualità dell’acqua prelevata; non sono infine da trascurare i costi d’intervento per la realizzazione di tale tipologia di impianto, nonché il fatto che questa sia possibile solo in aree con determinate caratteristiche geografiche. Il vantaggio di tale sistema è costituito dall’altissima resa dell’impianto dovuta anche al fatto che la fonte di scambio termico presenta una temperatura costante durante tutto l’arco dell’anno.

 

• Pompa di calore geotermica: analogamente alla pompa di calore acqua-acqua, i sistemi geotermici sfruttano, mediante sonde a circuito chiuso interrato in profondità nel terreno, lo scambio termico con la terra in sottosuolo. Anche in questo caso la resa della pompa di calore è garantita in ogni periodo dell’anno dal fatto che la temperatura del terreno, ad una certa profondità, è pressoché costante. I sistemi geotermici possono essere di tipo orizzontale, per i quali occorrerà una certa superficie dedicata al circuito d’impianto collocato a pochi metri di profondità, oppure di tipo verticale per i quali occorre scendere più in profondità, anche di parecchie decine di metri.

 
Va da sé che questi ultimi due particolari sistemi hanno costi molto più alti rispetto a quelli ad aria, si parte dai 12.000 €, per la sola pompa di calore, nel caso delle pompe di calore acqua-acqua, e dai 18.000 € nel caso di una pompa geotermica, ai quali si devono aggiungere i costi delle opere necessarie all’installazione, di non poco conto in questo caso. Entrambi i sistemi sono inoltre legati a determinate “possibilità logistiche” per essere realizzati. I vantaggi di queste pompe di calore sono nell’altissima resa, nel fatto che la “vita” dell’impianto è maggiore con prestazioni costanti e nella capacità dello stesso di sopperire ai fabbisogni dell’intero impianto termo-idro-sanitario di un edificio.
 
Tra i climatizzatori per il riscaldamento domestico, tra le migliori soluzioni in commercio spiccano le pompe di calore aria-acqua con unità esterna ed unità interna monoblocco che integra al suo interno un serbatoio inerziale d’accumulo e un boiler per l’acqua calda sanitaria completo di tutti gli elementi necessari al carico dei due accumuli, alle uscite per l’immissione negli impianti di distribuzione, a dispositivi di emergenza e ad un gestore d’impianto. Questa tipologia di pompa di calore è in grado di erogare acqua calda fino a 65°C in un intervallo di temperatura dell’ambiente esterno compreso tra i -20 e i + 40°C e acqua refrigerata a 7°C in un intervallo di lavoro da +15 a + 40°C. Gli ingombri di un’unità interna di questa tipologia sono molto ridotti, variabili a seconda della capienza degli accumuli, compresi tra 0,40 e 0,70 mq in pianta per un’altezza inferiore ai 2 m. I prezzi partono da 13.000 € a salire in base ai kW e alla capienza degli accumuli.
 
Un’alternativa interessante sono le pompe di calore ibride compatte costituite da un’unità interna a ciclo reversibile a inverter per riscaldamento e raffrescamento e da una caldaia a condensazione per integrazione al riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria. Per quanto concerne il rendimento di una pompa di calore possiamo affermare che, nell’offerta odierna, il funzionamento combinato o alternativo della pompa di calore e del generatore viene regolato in maniera completamente automatica in base alle condizioni climatiche esterne e al fabbisogno d’utilizzo, garantendo così il miglior rendimento unitamente alla soluzione di funzionamento economicamente meno dispendiosa. I sistemi ibridi integrati sono concepiti per lavorare in parallelo con impianti solari di preriscaldamento di acqua calda sanitaria, riducendo in questo modo l’intervento del generatore a condensazione, inoltre, in presenza di un impianto fotovoltaico di produzione di energia elettrica, l’energia in eccesso viene reinvestita nell’innalzamento della temperatura dell’acqua calda sanitaria in accumulo. Prezzi a partire da 9.500 € a salire, in base alla potenza e agli accessori per la realizzazione dell’impianto completo.