Energia rinnovabile per il comfort con i sistemi in pompa di calore

Autore: Alfredo Marfella

Perché scegliere la tecnologia della pompa di calore?

Si stima che il 30% dei consumi di energia fossile sia utilizzato, nei Paesi Sviluppati, per la Climatizzazione estiva ed il Riscaldamento invernale degli edifici.

Affinché il soddisfacimento delle esigenze di riscaldamento e condizionamento sia sostenibile, esso deve avvenire con la massima efficienza energetica, privilegiando sistemi in grado di sfruttare le fonti rinnovabili di energia, di abbattere le emissioni di CO2 e di eliminare i gas nocivi legati alla combustione.

In questo ambito vi sono importanti possibilità di risparmio energetico grazie alla tecnologia della pompa di calore tanto che l’Unione Europea con la Direttiva RES 2009/28/CE del 23 aprile 2009 ne ha fortemente incentivato l’impiego, riconoscendo nell’energia ambiente sfruttata dalle pompe di calore una fonte rinnovabile di energia.

Sistemi in pompa di calore a ciclo annuale per un benessere sostenibile

Questi sistemi completi assicurano il riscaldamento, il raffreddamento, il rinnovo e la purificazione dell’aria, la produzione di acqua calda sanitaria, sfruttando l’energia solare in tutte le sue forme e permettendo un abbattimento dei consumi medi annuali di energia primaria anche del 50% ed una riduzione del 45% delle emissioni indirette di CO₂. L’alimentazione elettrica di questi sistemi consente inoltre di eliminare il rilascio in atmosfera di gas nocivi e tutte le operazioni di manutenzione degli impianti a combustione.

Come funziona una pompa di calore: riscaldamento, raffreddamento, produzione di acqua calda sanitaria sfruttando le energie rinnovabili

L’energia solare irradiata sulla terra è 10.000 volte superiore all’energia usata dall’umanità. Il sole fornisce energia gratuita, pulita e illimitata in due forme: diretta e indiretta. L’energia diretta può essere raccolta dai pannelli solari termici e fotovoltaici. L’energia indiretta è quella che il sole cede alla terra, all’aria e all’acqua. Con l’aiuto di una pompa di calore, una parte di quest’energia naturale può essere raccolta per creare il Comfort negli ambienti. Considerando il funzionamento invernale, l’energia solare indiretta viene catturata dalla pompa di calore e trasformata per ottenere acqua calda sanitaria e calore. L’energia ricavabile gratuitamente dall’ambiente fornisce circa il 75% dell’energia richiesta dall’edificio. Questo calore entra quindi nel ciclo della pompa di calore, e assieme al rimanente 25% che viene fornito sotto forma di energia elettrica necessaria per il funzionamento della pompa di calore, è portato a un livello di temperatura idoneo alle esigenze di riscaldamento.

I diversi tipi di pompa di calore

Le pompe di calore possono ricavare l’energia dall’aria, dall’acqua o dal terreno.

• ARIA. La soluzione con il più vasto campo di applicazione è quella basata sul recupero dell’energia ambientale dell’aria esterna, la quale è sempre disponibile e non presenta vincoli. E’ sufficiente infatti una macchina esterna in grado di recuperare il calore presente nell’aria con conseguente contenimento dei costi di impianto.
• ACQUA. L’energia può essere recuperata dall’acqua, sfruttando il calore naturale di laghi, pozzi e falde. In particolare, l’acqua freatica presenta condizioni ideali per una pompa di calore in quanto ha la capacità di accumulare il calore del sole per un lungo periodo e mantiene temperature generalmente costanti di 9-12° C. Questo il funzionamento. Mediante una pompa d’alimentazione si preleva dell’acqua freatica che viene condotta alla pompa di calore che ne recupera il calore. Un pozzo assorbente riconduce poi l’acqua alla falda freatica.
• TERRA. L’energia può essere recuperata dal terreno attraverso sonde orizzontali o verticali.
  Un collettore geotermico posato orizzontalmente o verticalmente assorbe il calore dalla terra e lo trasmette ad un liquido termovettore (acqua glicolata). Questo liquido giunge quindi alla pompa di calore che, in funzionamento invernale, assorbe il calore contenuto nel terreno per cederlo, attraverso il circuito frigorifero, all’impianto interno dell’abitazione (attraverso i termosifoni, ventilconvettori o pannelli radianti). Il sistema geotermico orizzontale necessita di una superficie di terreno da due a tre volte la grandezza della superficie da riscaldare.
  Le sonde geotermiche verticali, che vengono inserite ad una profondità di 30-100 m, richiedono spazio ridotto rispetto alle sonde orizzontali. La loro capacità di assorbimento varia in funzione delle caratteristiche del terreno e si situa tra 30 e 100 Watt per metro di sonda geotermica.

La pompa di calore: comfort tutto l’anno

La pompa di calore permette di soddisfare con un unico impianto le esigenze di riscaldamento e raffreddamento, semplificando l’impianto e riducendo gli spazi destinati alla centrale termica.
D’estate le pompe di calore possono invertire il loro funzionamento e trasferire il calore dell’edificio verso l’esterno rinfrescando gli ambienti.

5 punti che rendono i sistemi in pompa di calore il futuro del comfort

Lo sviluppo dei sistemi in pompa di calore a ciclo annuale non è solo un bisogno di proporre soluzioni rispettose dell’ambiente, ma una reale tendenza del mercato.

1. L’Evoluzione Impiantistica sempre più votata al riscaldamento e al condizionamento radiante richiede temperature di funzionamento (mediamente Estate 18-23°C – Inverno 35-30°C) molto più consone ai sistemi in pompa di calore, che, proprio a tali temperature, garantiscono ottime efficienze e bassi consumi. I sistemi tradizionali con Caldaia invece, a temperature dell’acqua per il riscaldamento così basse, risentono di importanti diminuzioni di efficienza.
2. Efficienza superiore. I COP medi stagionali delle pompe di calore arrivano anche a 4 per le unità aria-acqua più efficienti. Poiché il rendimento del sistema elettrico nazionale è pari a 0.46, come dichiarato dall’Autorità per l’Energia Elettrica ed il Gas, si comprende che il rendimento di una pompa di calore, riferito all’energia primaria, è pari al 180%, quindi superiore a qualsiasi generatore a combustione, con consumi di energia primaria mediamente inferiori del 50% rispetto alle soluzioni a combustione di Gas naturale o Gasolio. Risparmi che aumentano nel caso di pompe di calore che utilizzano sorgenti termiche favorevoli, come ad esempio l’acqua di falda.
3. Direttiva Comunitaria. La Commissione europea con la Direttiva 2009/28/CE del 23 aprile 2009 sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, nota come direttiva RES, ha definito il “calore ambiente” contenuto nell’Aria, Acqua e Terra come fonte rinnovabile. Le pompe di calore utilizzano questo calore ambiente per generare il comfort tutto l’anno all’interno degli edifici. Avere un COP pari a 4 significa inoltre che solo il 25% dell’energia termica resa all’edificio proviene da energia elettrica, mentre il rimanente 75% proviene da fonti rinnovabili.
4. Energia Rinnovabile dal 75% al 100%. Nel caso in cui la pompa di calore sia abbinata ad un sistema solare fotovoltaico in grado di generare una quota di elettricità pari al 25% dell’energia resa dalla pompa di Calore (a titolo esemplificativo consideriamo un COP medio stagionale pari a 4), il sistema di climatizzazione diventa 100% ad energia rinnovabile.
5. Riduzione delle emissioni di CO2. I sistemi in pompa di calore non utilizzano risorse fossili quali Gas Naturale o Gasolio, pertanto non producono CO2 dirette sul luogo d’installazione. Anche considerando la CO2 equivalente, generata dal produttore di energia elettrica, sempre secondo il rendimento nazionale dello 0,46, le emissioni indirette di CO2 sono mediamente nell’ordine del –45% rispetto ai sistemi a combustione.

A questo si aggiunga l’affidabilità di funzionamento e la ridotta manutenzione oltre che la totale eliminazione di emissione locale di gas da combustione per cui assenza di camino e di controlli periodici sulle emissioni in ambiente.

La certificazione energetica degli edifici: il contributo delle pompe di calore all’aumento della classe energetica di un edificio

Un forte impulso allo sviluppo della tecnologia della pompa di calore viene dall’entrata in vigore del Dpr 59 del 2 aprile 2009, che dal 1 luglio 2009 ha reso obbligatorio dotare di un attestato di certificazione energetica le singole unità immobiliari. Siccome la classe di efficienza energetica si basa sul consumo di energia primaria dell’edificio e le pompe di calore ne permettono un risparmio del 50% rispetto ai sistemi tradizionali con caldaie, questa tecnologia è destinata a giocare un ruolo primario nell’aumentare il grado di efficienza energetica e quindi il valore degli immobili. In questo campo non va pure sottovalutato il fatto che con le moderne tecnologie di diffusione del calore radiante la tecnologia della pompa di calore può coprire i bisogni di riscaldamento e raffreddamento con un impianto unico ed estremamente efficiente garantendo anche la produzione acqua calda sanitaria.

I pilastri di un sistema completo in pompa di calore

I pilastri di un sistema in pompa di calore a ciclo annuale in grado di coprire le esigenze totali di comfort sono:

• POMPA DI CALORE. Il cuore del sistema è la pompa di calore, che produce l’energia termica e frigorifera necessaria a soddisfare le esigenze di riscaldamento, raffreddamento, produzione di acqua calda sanitaria, sfruttando l’energia solare indiretta contenuta in acqua aria o terra.
• SISTEMA DI RINNOVO E PURIFICAZIONE ARIA. La qualità dell’aria è affidata a sistemi di rinnovo e purificazione dell’aria, che rivestono un ruolo fondamentale in termini di comfort ed igienicità. L’isolamento della casa – indispensabile per ridurre la dispersione di calore – provoca il ristagno dell’aria, con conseguente permanenza di agenti inquinanti all’interno delle mura domestiche. Sono molteplici i fattori che concorrono a questo inquinamento, quali ad esempio il radon, le emissioni dei materiali utilizzati per gli arredi, le emissioni degli strumenti elettronici, l’umidità, il rilascio nell’ambiente di agenti batterici di persone e animali domestici.

A questa situazione, è associata la possibilità di rischi anche per la salute. Sono documentati, infatti, dalla comunità scientifica sia malesseri legati alla concentrazione troppo elevata negli ambienti di composti organici volatili (VOC) di natura biogenica e antropogenica, sia l’aumentato rischio di allergie, una delle malattie del nostro tempo riconosciute dall’OMS alla quale sono maggiormente esposti i bambini. Peraltro, fattori quali il fumo passivo e il radon (un gas radioattivo pericoloso in concentrazione elevata) si rivelano altrettanto dannosi.
Non da ultimo, il microclima ambientale influisce anche sullo stato di salubrità generale dell’edificio stesso: la condensazione, causata dal ristagno del vapore, provoca una degradazione dei materiali d’arredo, mentre la presenza di muffe è spesso riconducibile agli sbalzi termici e a pareti fredde. Il ricambio dell’aria attraverso l’apertura delle finestre non rappresenta la soluzione al problema, per la presenza nell’aria esterna di agenti atmosferici inquinanti e per la dispersione non controllata di calore o di freddo derivante da questa azione. La questione non è risolvibile nemmeno con una semplice griglia di ventilazione inidonea a regolare il ricambio controllato o a limitare l’ingresso di inquinanti esterni. Esistono, invece, altre soluzioni, raccomandabili ed efficaci per la salute dell’ambiente in cui viviamo: la ventilazione meccanica controllata, la filtrazione dell’aria esterna, la regolazione della ventilazione e il recupero del calore dell’aria emessa.

Esistono oggi in commercio sistemi di rinnovo in grado di rinnovare e purificare l’aria, recuperando l’energia dell’aria espulsa permettendo di abbattere le spese di riscaldamento, raffreddamento e la potenza del generatore principale con il relativo costo. Al sistema di rinnovo aria è affidato anche il compito della deumidificazione estiva quando la distribuzione è affidata a pannelli radianti.

• DISTRIBUZIONE DEL CALDO E DEL FREDDO. La distribuzione del caldo e del freddo può avvenire tramite pannelli radianti, ventilconvettori o radiatori (solo caldo).
• CONTROLLO. La massima efficienza energetica ed il comfort ideale è garantito da sistemi di controllo centralizzato, che defiscono le condizioni di funzionamento ottimizzate per l’impianto nel suo insieme oltre che per i singoli elementi che lo compongono e permettono la programmazione oraria di ogni zona, il controllo completo dell’impianto, una gestione personalizzata e l’ottimizzazione dell’uso dell’energia.

Scopri quanto puoi risparmiare utilizzando una pompa di calore rispetto a una caldaia!

La prima domanda è: quale fonte energia utilizzi?

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