Pompa di calore aria acqua: guida base

In questo articolo vi forniremo una guida sulla pompa di calore aria e acqua. A partire proprio dai concetti fondamentali, fino al funzionamento di questo strumento tanto utile.

Le pompe di calore aria-acqua seguono il principio di funzionamento utilizzato dal frigorifero, utilizzandolo però in senso inverso: in pratica, per riscaldare un edificio, la pompa di calore aria-acqua non fa altro che ricavare energia termica dall’ambiente esterno per trasformarla poi in riscaldamento.

Questi sistemi si avvalgono di un ventilatore che convoglia l’aria indirizzandola verso un evaporatore e, da qui, viene poi trasformata in energia che riscalda l’ambiente.

Oggi, questi impianti ecologici e convenienti sono impiegati principalmente nelle abitazioni di nuova costruzione, ma con qualche accortezza in più, possono essere comunque installati anche in palazzi più vecchi.

Ripassare le basi non fa mai male, quindi conosciamo meglio questa tecnologia che purtroppo molti professionisti ancora denigrano e su cui invece l’Europa sta investendo molto per via della transizione energetica, ovvero passando dai combustibili fossili al rinnovabile. Quali sono le caratteristiche principali?  Sicuramente la pompa di calore aria acqua è la più comune, la più utilizzata e la più facile da reperire sul mercato. Possiamo poi individuare un’altra nicchia, le cosiddette pompe di calore geotermiche, che tecnicamente noi chiamiamo “acqua acqua”.  Entrambe sfruttano le energie naturali dell’ambiente con alcune differenze:

  • la pompa di calore aria acqua sfrutta l’energia dell’aria; 
  • la geotermica sfrutta l’energia del terreno.

Oggi però vogliamo soffermarci sulla più comune: la pompa di calore aria acqua.

Perché si chiama pompa di calore aria acqua

Si dice “aria acqua” perché dall’aria estrae o cede il calore, mentre all’acqua lo trasferisce. Sicuramente è una tecnologia matura poiché sono circa 50 anni che si fa ricerca in tutto il mondo e infatti è un settore che sta dando notevoli frutti. Sostanzialmente diventa uno strumento affidabile per sostituire le vecchie caldaie, ma rappresenta anche una marcia in più per la tua casa. 

Cosa puoi fare con la pompa di calore aria acqua

Un primo elemento da considerare è la fascia climatica in cui ti trovi: il nostro è un clima mediterraneo e abbiamo fondamentalmente inverni freddi ed estati calde. Quindi se la pompa di calore aria acqua è gestita con sapienza ed è studiata per soddisfare entrambi i requisiti, con un’unica macchina possiamo soddisfare la climatizzazione estiva e anche quella invernale.

In gergo tecnico noi diciamo “climatizzare” quando dobbiamo variare la temperatura degli ambienti all’interno dei quali vivere. Va spiegato perché spesso i termini “climatizzare”, “condizionare” e “condizionatore” vengono utilizzati per esprimere lo stesso concetto. Invece “climatizzare” vuol dire semplicemente rendere gli ambienti in cui vivere ad una temperatura gradevole per il nostro corpo.  

Una pompa di calore aria acqua può soddisfare tutte le esigenze della climatizzazione domestica – e anche industriale, ma noi soffermiamoci solo sulle esigenze della casa. Ciò significa che grazie a questo strumento è possibile:

  1. riscaldare in inverno;
  2. raffrescare in estate;
  3. deumidificare gli ambienti;
  4. produrre l’acqua calda sanitaria indispensabile per l’uso quotidiano.

Vediamo ora come funziona questa tecnologia.

Principi di funzionamento

Il suo principio di funzionamento è semplice: è un ciclo frigorifero. C’è però un argomento che spesso confonde gli utenti, in particolare quelli che magari sono alle prime ricerche e leggono che “in fisica il freddo non esiste, esiste solo il caldo”. Cosa significa questa frase? Vuol dire che il lavoro della pompa di calore va compreso prima nella sua terminologia e poi nella pratica. Spieghiamo meglio questo concetto.

In inverno la pompa di calore preleva il calore dell’acqua dall’aria esterna, mentre in estate effettua il procedimento inverso. Cede cioè il calore che sottrae all’acqua dall’aria esterna. Come facciamo però a estrarre calore dall’aria quando fuori fa freddo e ci sono 0, 10, 15 gradi? Qualcuno potrebbe pensare erroneamente che non è possibile. In realtà, l’aria ha tantissimo calore e tantissima energia, anche a temperature negative.  Ora lasciamo perdere i dati limite, ma – semplificando molto – la fisica “vede” solo il caldo, al di là dei numeri che percepiamo noi: il calore o lo cedi o lo assorbi.

Questo è il funzionamento base di un ciclo frigorifero. In definitiva, il lavoro della macchina è rappresentato da condizioni climatiche che a volte ci sembrano un po’ strane, ma sostanzialmente la pompa di calore è progettata per prelevare calore dall’aria, quindi assorbirla o cederla. Ecco in breve il suo funzionamento.

Come funziona una pompa di calore aria acqua?

Questi sistemi sono molto semplici e così è anche la loro installazione pertanto rappresentano una soluzione per il riscaldamento degli ambienti e dell’acqua che si distingue per l’ottimo rapporto qualità/prezzo.

Una pompa di calore aria acqua non fa altro che sfruttare l’aria calda presente all’esterno dell’abitazione, fornendo un funzionamento e un ingombro pari a quello di un tradizionale climatizzatore.

Nell’impianto è presente un liquido che scambia calore tra l’ambiente esterno e quello interno, mentre l’unità esterna permette di far sì che il liquido scambiatore raggiunga temperature molto basse e crei condensa.

La temperatura dell’unità interna aumenta e, quindi, le tubature possono riscaldare l’acqua destinata all’abitazione, sia quella per i sanitari che per l’impianto di riscaldamento.

Inoltre, tra i vantaggi delle pompe di calore aria-acqua c’è la loro versatilità: infatti, invertendo il funzionamento, possono essere utilizzate anche durante i mesi estivi per rinfrescare gli ambienti.

Se si abbina la pompa di calore aria acqua a un impianto di riscaldamento radiante a pavimenti si otterrà un elevato rendimento energetico, ma se si intende anche raffrescare l’ambiente è bene abbinare anche un deumidificatore.

Quando si sceglie la pompa di calore aria-acqua è molto importante non valutare solo il costo, magari orientando la scelta verso modelli economici, ma prendere in considerazione modelli professionali che, a fronte di un maggiore investimento, garantiscono prestazioni migliori e una maggiore convenienza dal punto di vista del dispendio energetico.

L’aria è la nostra sorgente da cui preleviamo o a cui cediamo calore. La pompa cede calore all’acqua, un processo che noi tecnici definiamo “circuito idronico”, cioè quello che porta l’acqua calda o fredda ai terminali. Questi ultimi possono essere:

  • un riscaldamento radiante a pavimento o a soffitto;
  • un termosifone;
  • un ventilconvettore;
  • una batteria, magari inserita all’interno di un ventilatore o di una ventilazione meccanica con integrazione o all’interno di tutte le apparecchiature che fondamentalmente climatizzano gli ambienti in cui viviamo.

Tutte queste soluzioni in gergo tecnico vengono chiamate “terminali”. Affinché il flusso d’acqua, i terminali e la pompa di calore diano il massimo dei risultati previsti in sede di progettazione, è fondamentale osservare una semplice regola. Bisogna infatti rispettare il flusso dell’acqua, ovvero evitare che questo flusso trovi ostacoli, delle strozzature lungo il suo percorso. Ciò perché più il circuito dell’acqua lavora in modo ottimale, migliore è il trasferimento del calore dal punto in cui viene prodotto a quello in cui deve arrivare. Così il flusso d’acqua sarà più veloce e con meno ostacoli. In altre parole, meno fatica fa l’acqua a scorrere all’interno dei circuiti, più elevati saranno i risultati. Se i risultati sono migliori, allora minori saranno i consumi per arrivare alla temperatura desiderata che noi imposteremo nell’ambiente. Ecco perché diciamo di “trattare con i guanti” il circuito idronico.

Come si alimenta la pompa di calore 

La pompa di calore aria acqua funziona a energia elettrica che a sua volta possiamo autoprodurre, in parte o interamente. Il lavoro della pompa di calore è quello di convertire l’energia elettrica in energia termica. Viene misurato con due sigle sia in estate che in inverno: COP e l’acronimo EER. COP è il coefficiente di prestazione invernale, EER è l’equivalente coefficiente di prestazione, ma estivo.  COP e EER erano le sigle utilizzate in precedenza, ora vengono impiegate con l’aggiunta della S. Quest’ultima sta ad indicare il termine “stagionale”, in inglese Season. Quindi si misura con un “COPS” o “SEER” e sono numeri ricavati da formule matematiche che analizzano una situazione media, con variazioni simili a quello che la macchina dovrebbe avere nel campo. Si tratta però di numeri da prendere “con le pinze”, poiché frutto di simulazioni.

Nella realtà invece dobbiamo creare la condizione ideale affinché tutti i componenti di un impianto funzionino nel migliore dei modi. Quindi il numero che trovi sulla carta a volte nella realtà è diverso. Sebbene alcuni siano fonte di dubbio, non vuol dire che tutti i numeri siano opinabili. Semplicemente non tutte le macchine che hanno una determinata etichetta energetica o una certa fascia di consumo presunto poi ci fanno rientrare nelle spese. Ciò perché appunto la pompa di calore ha tante complessità su cui ragionare, dal progetto all’installazione, dall’equipaggiamento a molteplici altre variabili.

Pompa di calore aria acqua e fotovoltaico

La pompa di calore aria acqua è un binomio vincente quando abbinato a un impianto fotovoltaico. Come anticipato, autoproducendo l’energia elettrica che ti serve e una volta convertita l’energia termica nelle condizioni migliori, sicuramente potrai ottenere ottimi benefici. Ma non è semplice né automatico: hai bisogno di installatori qualificati, di un progetto raffinato e di quello che noi chiamiamo “il direttore dell’orchestra”.

Quanto consuma una pompa di calore aria acqua?

In buona sostanza, si tratta sempre di un motore elettrico che deve compiere un lavoro: più è difficile il lavoro che deve fare, maggiori saranno i consumi. Nella pratica estrema, in inverno più alta sarà la temperatura dell’acqua da produrre, più la macchina assorbirà energia elettrica. Invece d’estate più bassa sarà la temperatura a cui deve portare l’acqua, più alto sarà il consumo di energia elettrica.  Si può calcolare facilmente tenendo conto di tre parametri: 

  1. la temperatura minima di progetto;
  2. il comune in cui si trova l’abitazione da riscaldare;
  3. i gradi e la durata del periodo invernale, dato liberissimo molto facile da trovare in rete.

A questi parametri dobbiamo aggiungere poi il fabbisogno di energia termica della casa, un dato che è molto meno facile da trovare. Qualcuno cerca di ricavarlo con dei simulatori, altri lo calcolano “a colpo d’occhio” o ragionando sull’involucro. Non possiamo dare né torto né ragione a nessuno di questi. L’unico consiglio che ci sentiamo di darti è di evitare il fai da te e ti spieghiamo subito il perché.

Evita il fai da te

È importante affidarsi a persone perfettamente consapevoli di quello che stanno facendo, perché altrimenti rischi di:

  • investire male i tuoi soldi;
  • rimanere al freddo;
  • avere una macchina che non è in grado di soddisfare le tue esigenze.

L’utente che pensa di essere mediamente informato di solito non ottiene quello che spera. Quindi bisogna fare molta attenzione e affidarsi a un professionista. In altre parole evita il fai da te, poiché ci sono tanti ostacoli, tanti problemi, tante difficoltà che a primo acchito non emergono mai.  Per avere il migliore dei sistemi attivi è necessario affidarsi a tre figure professionali

  1. un progettista che sa come mettere insieme pompa di calore e tutta quella serie di accessori che servono per arrivare ai terminali;
  2. un installatore elettrico;
  3. un installatore idraulico al passo coi tempi, che sappia cioè rispettare nel migliore dei modi il flusso dell’acqua come spiegato in precedenza. 

 

L’installatore idraulico però non deve più banalmente far arrivare l’energia alla pompa di calore, accenderla e spegnerla. Deve infatti interfacciare la gestione dell’energia termica alla centrale termica, quindi alla produzione dell’energia termica. Questa si chiama termoregolazione, un’attività di cui dovrebbe occuparsi un professionista che sappia creare un progetto integrato. Si tratta di una figura non ancora definita e che tuttavia sta emergendo in questi anni.  Ormai è nostra abitudine utilizzare la terminologia “progettazione integrata” e forse non è neanche la più corretta da utilizzare, perché nella tecnica magari può avere altre declinazioni. In ogni caso fare progettazione integrata di un impianto termico all’interno di un’abitazione vuol dire:

  • saper generare energia elettrica;
  • trasformarla in energia termica nelle ore in cui più conviene;
  • distribuire l’energia in modo intelligente all’interno della casa evitando tutti gli sprechi possibili.

Tutto questo porta l’utente a ottenere nel tempo l’indipendenza energetica La soluzione vincente quindi è avere un progetto elettrotermico, un progetto idraulico, un installatore idraulico e uno elettrico al passo coi tempi e una visione d’insieme chiara in grado di orchestrare tutte le figure coinvolte. Soltanto così è possibile portare un’abitazione ad essere energeticamente indipendente.

La pompa di calore aria acqua è conveniente?

Tra i principali vantaggi della pompa di calore è sicuramente la semplicità d’installazione che, infatti, non richiede l’allaccio a canne fumarie o altri interventi.

É bene sapere che la pompa di calore aria-acqua permette di non dover allacciare l’abitazione all’impianto del gas, ma ovviamente comporta l’utilizzo della corrente elettrica.

La pompa di calore aria-acqua è comunque una soluzione che permette di ridurre i consumi perché, intanto non necessita del gas, ma se inserita in un’abitazione coibentata con un adeguato cappotto termico offre rendimenti elevati pur lavorando a basse temperature.

Se si abbina la pompa di calore aria-acqua a un sistema fotovoltaico, ovviamente, il rendimento è maggiore e si può essere quasi completamente indipendenti dalla rete elettrica.

Non bisogna dimenticare, poi, che l’installazione di una pompa di calore è una soluzione perfetta anche per chi vuole usufruire del Super Bonus 110%.

In questi casi, si potrà rientrare dall’investimento in tempi molto rapidi e praticamente dotare la propria abitazione di una pompa di calore aria-acqua con un enorme risparmio economico.

Un aspetto da considerare, comunque, è che anche se la pompa di calore aria-acqua non consente un grande risparmio energetico, si adotterà una soluzione perfetta per proteggere l’ambiente.

La pompa di calore aria acqua conviene rispetto ai combustibili fossili, rispetto ad una caldaia a condensazione e anche ai sistemi ibridi (come la pompa di calore ibrida). Ciò perché la pompa di calore aria acqua è una macchina che ti consente di avere acqua calda sanitaria e la climatizzazione degli ambienti domestici. In altre parole fa tutto, cosa che invece con altri sistemi è difficile ottenere. Abbinata al fotovoltaico la pompa di calore aria acqua è sicuramente la scelta vincente.

Anche qui bisogna farlo con intelligenza e avendo la consapevolezza che non è possibile produrre interamente l’energia necessaria. Tutto dipende intanto da quanto fotovoltaico puoi installare nel tetto della tua abitazione. Al momento non è ancora possibile arrivare a pagare la bolletta zero, anche se ci stiamo avvicinando grazie alle nuove tecnologie. In ogni caso con queste soluzioni possiamo avere un sensibile risparmio. Consumiamo e paghiamo il gas, così come il pellet, il gasolio e tutti gli altri combustibili.

Quindi smettiamo di combattere le soluzioni raffinate, come la pompa di calore aria acqua, che possono migliorare la nostra qualità della vita. Dobbiamo poi evitare il fai da te quando si parla di investire denaro e non parliamo di pochi spiccioli, ma di decine di migliaia di euro. Bisogna quindi affidarsi a persone competenti, che sappiano fare questo lavoro e che raggiungano l’obiettivo prefissato. Ecco quindi cosa ti serve: 

  1. avere le idee chiare;
  2. informarsi un minimo sull’argomento;
  3. trovare una persona di cui ti fidi.

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Per approfondire:

Devis Barcaro

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