Speciale 80
I sistemi di climatizzazione ibridi
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Articolo
di Cudicio Maurizio – Libero Professionista www.proenco.it
Sistemi di climatizzazione ibridi: vantaggi, tipologie, svantaggi
L'Italia può sembrare, a prima vista, uno dei paesi europei con il clima più mite e gradevole, ma in realtà, una più approfondita analisi delle caratteristiche climatiche del nostro paese dimostra che esistono importanti differenze dovute all'estensione geografica, soprattutto in latitudine, e ad un conformazione geomorfologica altamente variegata, dove si possono trovare città poste ad altitudine basse, ma anche paesi e comuni posti a quote elevate, soprattutto nella zona dell’arco alpino, dove possiamo trovare climi particolarmente rigidi.
Non ultimo, non vanno dimenticate le notevoli escursioni termiche e di umidità relativa dell’aria esterna nei diversi periodi dell’anno. Contrariamente a quanto si può osservare in altri paesi europei, alcune zone geografiche italiane hanno molto spesso un clima invernale particolarmente freddo e umido per un periodo di tempo molto lungo.
Le pompe di calore maggiormente diffuse e commercializzate nel nostro paese, sono del tipo aria-aria, con rendimenti particolarmente interessanti soprattutto grazie all’evoluzione dell’elettronica e ai nuovi sistemi dotati di regolazione ad inverter.
Rispetto agli impianti geotermici, i sistemi aria-acqua non necessitano di terreno esterno e neppure di specifiche autorizzazioni, pertanto possono essere installati quasi ovunque, a meno ovviamente di vincoli architettonico-paesaggistici. Non richiedono costosi interventi di scavo per la posa in opera degli scambiatori di calore e non ultimo non limitano le possibilità d’utilizzo del terreno sotto cui sono posti gli scambiatori.
E’ indubbio che le pompe di calore ad aria hanno un rendimento che varia in modo proporzionale alla variazione della temperatura dell’aria esterna, ma di contro l’aria esterna non teme, nel tempo, un degrado termico, fenomeno naturale e fisiologiche a cui vengono esposte le sorgenti degli impianti geotermici quando viene sottratto troppo calore al terreno. Gli impianti geotermici infatti, necessitano di un’attenta progettazione ed è indispensabile che gli stessi funzionino non solo nel periodo invernale nei cicli di riscaldamento, ma anche in quelli estivi per la climatizzazione. Questa soluzione di carico/scarico del terreno, prolunga la vita utile delle pompe di calore geotermiche evitando la deriva termica dell’elemento che ospita le sonde.
Tuttavia, anche questo tipo di macchina, presenta dei limiti che vanno considerati per non incorrere in errori banali che possono determinare riduzioni anche considerevoli dell’efficienza globale media stagionale.
In condizioni di temperatura esterna basse e percentuali di umidità relative elevate, il rendimento delle pompe di calore si riduce in modo considerevole, rendendo non più vantaggioso il loro funzionamento. Non ultimo va tenuto in considerazione che nel funzionamento in riscaldamento, lo scambiatore esterno opera come evaporatore e la temperatura sulla superficie risulta essere molto bassa.
In queste condizioni di funzionamento capita spesso che sullo scambiatore si formi uno strato ghiacciato perché l’acqua presente nell’aria gela.
Questa condizione comporta una notevole riduzione dell’efficienza di scambio termico della batteria a causa della riduzione della sezione di passaggio dell’aria attraverso la alette. Per eliminare il ghiaccio depositato, viene attivato in modo automatico dall’unità, un ciclo di defrosting, meglio conosciuto come ciclo di sbrinamento, durante il quale una valvola di scambio interna al circuito frigorifero, inverte il ciclo per utilizzare energia termica per sbrinare il ghiaccio formatosi sulla superficie. Questa inversione di ciclo sottrae energia termica che dovrebbe essere indirizzata all’impianto di riscaldamento con conseguenti sprechi di energia.
Figura 3 – Curve di rendimento di una pompa di calore aria-acqua
I sistemi ibridi, integrano logiche di regolazione e funzionamento che anticipano ed evitano che l’unità possa funzionare in condizioni di ridotto rendimento, selezionando e privilegiando in ogni singolo istante il sistema che permette la massima efficienza. Grazie ai sistemi elettronici integrati, il complesso garantisce la precedenza al funzionamento della pompa di calore fino alla soglia dei 5°C esterni, mentre provvedono all’inserimento del generatore di calore se tale limite viene superato. Questo permette e garantisce che la pompa di calore non sfrutti energia per i cicli di sbrinamento mantenendo elevato il rendimento globale medio del complesso.
Un’analisi energetica eseguita in modo oculato, da tecnici preparati, darà la possibilità di selezionare il miglior modo di funzionamento di un sistema ibrido. E’ infatti possibile identificare due tipologie di gestione di questi sistemi:
Per massimizzare l’efficienza energetica dell’edificio, è possibile arrivare ad integrare i sistemi ibridi descritti in precedenza anche con un impianto solare termico. E’ evidente che questo tipo di impianto soffre di un naturale costo di investimento iniziale maggiore, ma è altrettanto vero che i tempi di ammortamento sono particolarmente bassi, proprio perché l’energia solare è un’energia completamente gratuita. In realtà rimane anche in questi casi un ridotto assorbimento elettrico richiesto per far funzionare il gruppo di circolazione dell’acqua tra collettori solari e serbatoio di accumulo.
Figura 6 – Esempio di sistema ibrido con pannelli solari
Esistono infine sistemi ibridi che integrano un impianto solare termico a svuotamento. Questi sistemi nascono dell’esperienza maturata nel corso degli anni da progettisti, installatori e soprattutto dai produttori di apparecchiature. Come in molti ben sapranno, uno dei limiti principali che ha un impianto solare termico di tipo tradizionale è il rischio di raggiungere la temperatura di stagnazione.
La temperatura di stagnazione viene raggiunta quando non vi è alcun prelievo termico dall’impianto e pertanto viene captata più energia di quanta ne venga dissipata. Il raggiungimento di questa condizione può causare gravi danni all’impianto fino alla rottura dei componenti di circuito.
Da tali presupposti, gli impianti a svuotamento garantiscono che in caso di inattività dell’impianto, il circuito solare venga svuotato con i seguenti vantaggi:
Il circuito dei pannelli solari viene alimentato con acqua non glicolata, dato che non vi è alcun rischio di congelamento dell’acqua all’interno del circuito. Questo comporta anche una minore viscosità del fluido circolante, con risparmio energetico sui sistemi di circolazione, nessun trattamento aggiuntivo delle tubazioni legato ad una maggiore aggressività che hanno le miscele contenenti fluidi antigelo
Sistemi di protezione e sicurezza del circuito solare, come vasi di espansione e valvole di sicurezza, sono praticamente superflui.
Con questi sistemi, pertanto, il circuito solare viene caricato in modo automatico solo quando ci sono le condizioni per lo sfruttamento dell’energia solare. Di contro, affinché questi impianti funzionino in modo corretto, è necessario prestare attenzione alla posa delle tubazioni, affinchè le stesse abbiano una pendenza continua verso il serbatoio, per garantire il completo svuotamento del circuito stesso. Se per motivi tecnici non è possibile ottemperare a tale prescrizione, l’alternativa ottimale rimane un sistema solare a pressione.
I sistemi ibridi, trovano naturale diffusione installativa sia in edifici di nuova costruzione, sia nei casi di ristrutturazione e riqualificazione energetica. La domanda che regna sovrana, è se questi sistemi possano beneficiare di incentivi statali o agevolazioni fiscali particolari.
La risposta è affermativa. Anche i sistemi ibridi possono beneficiare delle agevolazioni fiscali del 65%, nei termini e limiti della legislazione vigente al momento dell’installazione.
Il chiarimento, inserito nella FAQ n.74 da ENEA, specifica che i sistemi ibridi, “In linea generale, considerate le finalità della misura, volta a favorire gli interventi energeticamente sempre più efficienti, lo sviluppo tecnologico intercorso negli ultimi anni (nel 2007 questi apparecchi di fatto non esistevano), e il requisito posto alla base dell’incentivo (rendimento della caldaia), si ritiene che l’intervento oggetto del quesito sia compatibile con il sistema di detrazione fiscale per l’efficienza energetica. Quindi, nello specifico, si ritiene che ai fini dell’agevolazione ai sensi del comma 347, fermo restando il rispetto dei requisiti tecnici essenziali per la caldaia a condensazione (di cui al comma 1 dell’Art.9 del “decreto edifici”), la pompa di calore, nella configurazione connessa e integrata alla caldaia, rientri tra le apparecchiature elettriche ed elettroniche agevolabili ai sensi dell’Art.3 del “decreto edifici”.
Si precisa che quanto sopra esposto è riferito esclusivamente alla configurazione relativa al riscaldamento invernale con macchine di piccola taglia.
Non ultimo, non vanno dimenticate le notevoli escursioni termiche e di umidità relativa dell’aria esterna nei diversi periodi dell’anno. Contrariamente a quanto si può osservare in altri paesi europei, alcune zone geografiche italiane hanno molto spesso un clima invernale particolarmente freddo e umido per un periodo di tempo molto lungo.
Le pompe di calore maggiormente diffuse e commercializzate nel nostro paese, sono del tipo aria-aria, con rendimenti particolarmente interessanti soprattutto grazie all’evoluzione dell’elettronica e ai nuovi sistemi dotati di regolazione ad inverter.
Rispetto agli impianti geotermici, i sistemi aria-acqua non necessitano di terreno esterno e neppure di specifiche autorizzazioni, pertanto possono essere installati quasi ovunque, a meno ovviamente di vincoli architettonico-paesaggistici. Non richiedono costosi interventi di scavo per la posa in opera degli scambiatori di calore e non ultimo non limitano le possibilità d’utilizzo del terreno sotto cui sono posti gli scambiatori.
E’ indubbio che le pompe di calore ad aria hanno un rendimento che varia in modo proporzionale alla variazione della temperatura dell’aria esterna, ma di contro l’aria esterna non teme, nel tempo, un degrado termico, fenomeno naturale e fisiologiche a cui vengono esposte le sorgenti degli impianti geotermici quando viene sottratto troppo calore al terreno. Gli impianti geotermici infatti, necessitano di un’attenta progettazione ed è indispensabile che gli stessi funzionino non solo nel periodo invernale nei cicli di riscaldamento, ma anche in quelli estivi per la climatizzazione. Questa soluzione di carico/scarico del terreno, prolunga la vita utile delle pompe di calore geotermiche evitando la deriva termica dell’elemento che ospita le sonde.
Tuttavia, anche questo tipo di macchina, presenta dei limiti che vanno considerati per non incorrere in errori banali che possono determinare riduzioni anche considerevoli dell’efficienza globale media stagionale.
In condizioni di temperatura esterna basse e percentuali di umidità relative elevate, il rendimento delle pompe di calore si riduce in modo considerevole, rendendo non più vantaggioso il loro funzionamento. Non ultimo va tenuto in considerazione che nel funzionamento in riscaldamento, lo scambiatore esterno opera come evaporatore e la temperatura sulla superficie risulta essere molto bassa.
In queste condizioni di funzionamento capita spesso che sullo scambiatore si formi uno strato ghiacciato perché l’acqua presente nell’aria gela.
Questa condizione comporta una notevole riduzione dell’efficienza di scambio termico della batteria a causa della riduzione della sezione di passaggio dell’aria attraverso la alette. Per eliminare il ghiaccio depositato, viene attivato in modo automatico dall’unità, un ciclo di defrosting, meglio conosciuto come ciclo di sbrinamento, durante il quale una valvola di scambio interna al circuito frigorifero, inverte il ciclo per utilizzare energia termica per sbrinare il ghiaccio formatosi sulla superficie. Questa inversione di ciclo sottrae energia termica che dovrebbe essere indirizzata all’impianto di riscaldamento con conseguenti sprechi di energia.
Figura 3 – Curve di rendimento di una pompa di calore aria-acqua
I sistemi ibridi, integrano logiche di regolazione e funzionamento che anticipano ed evitano che l’unità possa funzionare in condizioni di ridotto rendimento, selezionando e privilegiando in ogni singolo istante il sistema che permette la massima efficienza. Grazie ai sistemi elettronici integrati, il complesso garantisce la precedenza al funzionamento della pompa di calore fino alla soglia dei 5°C esterni, mentre provvedono all’inserimento del generatore di calore se tale limite viene superato. Questo permette e garantisce che la pompa di calore non sfrutti energia per i cicli di sbrinamento mantenendo elevato il rendimento globale medio del complesso.
Un’analisi energetica eseguita in modo oculato, da tecnici preparati, darà la possibilità di selezionare il miglior modo di funzionamento di un sistema ibrido. E’ infatti possibile identificare due tipologie di gestione di questi sistemi:
- Impianto ibridi con pompa di calore e caldaia in parallelo, dove esiste un’area di lavoro nella quale la pompa di calore ed il generatore di calore lavorano assieme. In questa modalità la caldaia provvede solo a gestire il gap mancante alla pompa di calore per soddisfare la richiesta termica dell’impianto, riducendo il consumo di gas metano. Di contro, però, la pompa di calore lavorerà anche in condizioni in cui il COP è basso aumentando gli assorbimenti elettrici.
- Impianti ibridi con pompa di calore e caldaia funzionanti in modo alternato, dove non esistono sovrapposizioni di funzionamento tra i due sistemi, ma vi è uno scambio netto tra i due.
Sistemi ibridi con integrazione da impianto solare termico
Per massimizzare l’efficienza energetica dell’edificio, è possibile arrivare ad integrare i sistemi ibridi descritti in precedenza anche con un impianto solare termico. E’ evidente che questo tipo di impianto soffre di un naturale costo di investimento iniziale maggiore, ma è altrettanto vero che i tempi di ammortamento sono particolarmente bassi, proprio perché l’energia solare è un’energia completamente gratuita. In realtà rimane anche in questi casi un ridotto assorbimento elettrico richiesto per far funzionare il gruppo di circolazione dell’acqua tra collettori solari e serbatoio di accumulo.
Figura 6 – Esempio di sistema ibrido con pannelli solari
Esistono infine sistemi ibridi che integrano un impianto solare termico a svuotamento. Questi sistemi nascono dell’esperienza maturata nel corso degli anni da progettisti, installatori e soprattutto dai produttori di apparecchiature. Come in molti ben sapranno, uno dei limiti principali che ha un impianto solare termico di tipo tradizionale è il rischio di raggiungere la temperatura di stagnazione.
La temperatura di stagnazione viene raggiunta quando non vi è alcun prelievo termico dall’impianto e pertanto viene captata più energia di quanta ne venga dissipata. Il raggiungimento di questa condizione può causare gravi danni all’impianto fino alla rottura dei componenti di circuito.
Da tali presupposti, gli impianti a svuotamento garantiscono che in caso di inattività dell’impianto, il circuito solare venga svuotato con i seguenti vantaggi:
Il circuito dei pannelli solari viene alimentato con acqua non glicolata, dato che non vi è alcun rischio di congelamento dell’acqua all’interno del circuito. Questo comporta anche una minore viscosità del fluido circolante, con risparmio energetico sui sistemi di circolazione, nessun trattamento aggiuntivo delle tubazioni legato ad una maggiore aggressività che hanno le miscele contenenti fluidi antigelo
Sistemi di protezione e sicurezza del circuito solare, come vasi di espansione e valvole di sicurezza, sono praticamente superflui.
Con questi sistemi, pertanto, il circuito solare viene caricato in modo automatico solo quando ci sono le condizioni per lo sfruttamento dell’energia solare. Di contro, affinché questi impianti funzionino in modo corretto, è necessario prestare attenzione alla posa delle tubazioni, affinchè le stesse abbiano una pendenza continua verso il serbatoio, per garantire il completo svuotamento del circuito stesso. Se per motivi tecnici non è possibile ottemperare a tale prescrizione, l’alternativa ottimale rimane un sistema solare a pressione.
Agevolazioni fiscali per interventi di riqualificazione energetica
I sistemi ibridi, trovano naturale diffusione installativa sia in edifici di nuova costruzione, sia nei casi di ristrutturazione e riqualificazione energetica. La domanda che regna sovrana, è se questi sistemi possano beneficiare di incentivi statali o agevolazioni fiscali particolari.
La risposta è affermativa. Anche i sistemi ibridi possono beneficiare delle agevolazioni fiscali del 65%, nei termini e limiti della legislazione vigente al momento dell’installazione.
Il chiarimento, inserito nella FAQ n.74 da ENEA, specifica che i sistemi ibridi, “In linea generale, considerate le finalità della misura, volta a favorire gli interventi energeticamente sempre più efficienti, lo sviluppo tecnologico intercorso negli ultimi anni (nel 2007 questi apparecchi di fatto non esistevano), e il requisito posto alla base dell’incentivo (rendimento della caldaia), si ritiene che l’intervento oggetto del quesito sia compatibile con il sistema di detrazione fiscale per l’efficienza energetica. Quindi, nello specifico, si ritiene che ai fini dell’agevolazione ai sensi del comma 347, fermo restando il rispetto dei requisiti tecnici essenziali per la caldaia a condensazione (di cui al comma 1 dell’Art.9 del “decreto edifici”), la pompa di calore, nella configurazione connessa e integrata alla caldaia, rientri tra le apparecchiature elettriche ed elettroniche agevolabili ai sensi dell’Art.3 del “decreto edifici”.
Si precisa che quanto sopra esposto è riferito esclusivamente alla configurazione relativa al riscaldamento invernale con macchine di piccola taglia.
