Le pompe di calore sono macchine termiche ampiamente utilizzate negli impianti di climatizzazione e condizionamento per ambienti domestici; si tratta di una tecnologia particolarmente efficace dal punto di vista energetico, in grado di implementare un ciclo di riscaldamento o raffreddamento mediante il trasferimento del calore da un mezzo esterno ad uno interno.
In ambito domestico, si utilizzano quasi esclusivamente pompe di calore a compressione, che caratterizzano non solo gli impianti di regolazione della temperatura ma anche gli apparati per la produzione di acqua calda sanitaria. Esistono, infatti, diversi tipi di pompe di calore, che si differenziano a seconda della “sorgente fredda” e del “pozzo caldo” ovvero, rispettivamente, il mezzo dal quale il sistema attinge il calore e quello al quale lo cede. Nel caso in cui la sorgente sia l’aria esterna e il pozzo sia l’acqua (che circola nell’impianto domestico), si parla di pompe di calore aria-acqua.
Queste utilizzano diverse componenti alimentate da energia elettrica e, di conseguenza, determinano un consumo di elettricità che può impattare in maniera più o meno significativa in bolletta, in relazione a diversi fattori. Nel nostro approfondimento, analizziamo caratteristiche, funzionamento e prestazioni energetiche di questa particolare tipologia di impianti.
Pompa di calore aria-acqua: come funziona.
Il funzionamento di una pompa di calore aria-acqua si basa su un ciclo di riscaldamento che trasforma il calore a bassa temperatura presente nell’aria esterna in calore ad alta temperatura, che viene trasferito all’acqua distribuita dall’impianto domestico. Uno scaldacqua a pompa di calore può produrre acqua calda sanitaria nonché alimentare termosifoni e radiatori per il riscaldamento degli ambienti domestici.
Dal punto di vista tecnico, il processo può essere descritto come un ciclo frigorigeno inverso, implementato all’interno di un circuito chiuso composto da un compressore, un condensatore, una valvola di espansione e un evaporatore, nel quale è presente un fluido refrigerante. Il ciclo di riscaldamento si sviluppa attraverso fasi successive, ovvero:
- compressione, che fa aumentare la pressione del fluido e, di conseguenza, la temperatura dello stesso. In questa fase, il fluido cede il calore al pozzo caldo, passando dallo stato gassoso a quello liquido;
- espansione; successivamente, il fluido viene convogliato attraverso una valvola di espansione, che riduce la temperatura e la pressione del fluido;
- evaporazione; tornato a bassa temperatura, il fluido può assorbire il calore dalla sorgente fredda, sfruttando il principio per il quale il calore tende a passare da un corpo o un mezzo più caldo a uno più freddo: lo scambio avviene all’interno di un evaporatore, in cui il fluido ritorna allo stato aeriforme prima di essere incanalato nuovamente nel compressore affinché il ciclo possa ripetersi.
Quali sono i consumi energetici di una pompa di calore aria-acqua.
Dopo aver visto come funziona una pompa di calore aria-acqua, vediamo come quantificare il dispendio energetico derivante dall’utilizzo di un apparato dotato di tale tecnologia. Allo scopo, occorre fare riferimento a quanto riportato sull’etichetta energetica, il contrassegno che, secondo quanto disposto dalla normativa comunitaria, deve accompagnare scaldacqua, condizionatori e climatizzatori, inclusi quelli a pompa di calore in quanto utilizzano primariamente una fonte di alimentazione elettrica.
In genere, l’etichetta riporta il consumo di energia espresso in kWh all’anno; il dato può essere riferito a due diverse temperature di esercizio (35° e 55°) oppure costituire una media del rendimento complessivo dell’apparato. Volendo fornire un esempio pratico, prendiamo in considerazione uno scaldacqua di classe A (in una scala graduata da A+ a F) da 80 litri con un consumo stimato di 600 kWh all’anno. È bene tener presente che una tale capacità consente di soddisfare agevolmente il fabbisogno di acqua calda sanitaria di un nucleo familiare composto da tre o quattro persone.
Per calcolare l’impatto economico di un impianto a pompa di calore aria-acqua con le caratteristiche sopra descritte è sufficiente moltiplicare il consumo annuo per il prezzo unitario della componente energia applicato dal proprio fornitore. Ipotizziamo che corrisponda a 0,30 euro/kWh; il calcolo da fare è il seguente: 600 kWh x 0,30 euro/kWh; il risultato è pari a 180 euro l’anno.
Cosa influisce sui consumi? I fattori da prendere in considerazione.
Un impianto per la produzione di acqua calda a uso domestico genera un consumo di energia elettrica variabile, in quanto influenzato da diversi aspetti; in particolare, a incidere maggiormente possono essere:
- il fabbisogno di acqua calda sanitaria; persone che vivono da sole o in coppia consumano tendenzialmente meno acqua calda rispetto a famiglie numerose;
- l’efficienza energetica dell’apparato; uno scalda acqua di classe energetica alta (A o superiore) consuma molta meno energia rispetto ad un modello di classe medio bassa o particolarmente obsoleto;
- la frequenza di utilizzo; un ricorso frequente, anche su base quotidiana, dell’impianto che utilizza la pompa di calore, accentua il consumo di energia elettrica;
- la temperatura massima di riscaldamento; per far sì che l’acqua raggiunga una temperatura più elevata, la pompa di calore deve ‘lavorare’ in maniera più intensa. Ciò costringe il compressore ad utilizzare più energia;
- le caratteristiche climatiche locali; le prestazioni delle pompe di calore aria-acqua sono sensibili alle condizioni climatiche ambientali. Più l’aria esterna è fredda, minore è l’efficacia dell’impianto, benché risulti praticamente nulla solo a temperature molto basse (-10°).
I vantaggi delle pompe di calore aria-acqua e i consigli per risparmiare.
Gli impianti dotati di una pompa di calore aria-acqua risultano, come detto, offrono diversi vantaggi:
- riduzione dell’impatto ambientale; rispetto alle tradizionali caldaie a gas, le emissioni di CO2 sono nettamente inferiori;
- costi di esercizio più bassi; secondo quanto rilevato dall’ENEA in un report del 2020, il risparmio effettivo è più significativo in alcune zone climatiche (D e E), a patto di utilizzare impianti di classe energetica massima (A+).
Il risparmio economico è la diretta conseguenza di un utilizzo oculato, finalizzato alla riduzione dei consumi; allo scopo, bastano pochi accorgimenti pratici per ottimizzare il rendimento energetico di una pompa di calore aria-acqua:
- modulare la temperatura di esercizio in maniera corretta; oltre i 50°, infatti, il consumo di energia aumenta sensibilmente;
- evitare gli sprechi; l’acqua è una risorsa preziosa e va usata al meglio. Riduttori di flusso applicati agli erogatori ed ai soffioni della doccia possono contribuire a sfruttare al massimo l’acqua calda sanitaria;
- sfruttare le funzionalità per l’attivazione programmata dell’impianto; sistemi ‘intelligenti’, dotati di sensori e timer programmabili consentono di gestire in maniera più flessibile ed efficace la pompa di calore, ottimizzando il dispendio di energia.
