Fotovoltaico e Pompa di calore. E’ vero che si risparmia?

In questo articolo cercheremo di spiegare in una determinata sequenza, gli aspetti più importanti nella scelta di una pompa di calore. Se seguirai in ordine numerico la lettura di questo articolo, alla fine il quadro sarà più chiaro.

Andremo quindi ad analizzare in sequenza:

1. Che cos’è una pompa di calore?
2. Quali sono i vantaggi di una pompa di calore?
3. Perchè dovrei preferirla ad una caldaia tradizionale?
4. Quali tipologie di pompe di calore esistono?
5. Come faccio a sapere se una pompa di calore mi fa risparmiare?
6. Va bene per il mio impianto di riscaldamento con i radiatori?
7. Senza caldaia come si produce l’acqua calda sanitaria?
8. L’involucro del mio edifico ha effetto sul suo funzionamento?
9. Quale sarebbe l’impianto ideale da abbinare ad una pompa di calore?
10. E il fotovoltaico che vantaggio mi da?
11. Possono collaborare pompa di calore e fotovoltaico?

Cominciamo.

1) Che cos’è una pompa di calore?

Una pompa di calore è un sistema che trasferisce calore da una fonte di bassa temperatura ad una fonte di alta temperatura, utilizzando un compressore e un refrigerante. Per farlo non utilizza alcun combustibile fossile, bensì solo energia elettrica e l’energia contenuta nell’aria o nell’acqua.

2) Quali sono i vantaggi di una pompa di calore?

Le pompe di calore sono più efficienti e rispettose dell’ambiente rispetto alle caldaie tradizionali, poiché utilizzano fonti di energia rinnovabili e hanno un basso impatto ambientale. Inoltre, vanno posizionate in giardino oppure all’esterno dell’abitazione, eliminando quindi dall’interno della propria abitazione, la caldaia tradizionale con i suoi rumori ed i relativi pericoli dovuti alla presenza di gas metano o GPL.

3) Perchè dovrei preferirla ad una caldaia tradizionale?

I vantaggi delle pompe di calore includono una maggiore efficienza energetica, costi di esercizio più bassi, maggiore affidabilità e se utilizzate bene, una vita alla pari di una caldaia tradizionale.

4) Quante tipologie di pompe di calore esistono?

Esistono diverse tipologie di pompe di calore, come pompe di calore aria-aria, aria-acqua e geotermiche.

Come funziona una pompa di calore Aria-Aria?

Possiamo definire un impianto con pompa di calore Aria-Aria anche il comune “Condizionatore” oppure un impianto più complesso con i Fancoil alimentati da una batteria idronica.

La pompa di calore con fancoil e batteria idronica è un sistema di riscaldamento e raffreddamento che utilizza una pompa di calore per trasferire calore tra l’acqua di un circuito idronico e l’aria dell’edificio.

In questo caso, il sistema funziona così:

La pompa di calore preleva calore dall’aria esterna o lo cede all’aria esterna a seconda della modalità di funzionamento (riscaldamento o raffreddamento).

L’acqua calda o fredda viene trasportata dalla pompa di calore alla batteria idronica del fancoil tramite anche una serie di componenti aggiuntivi al sistema come, tamponi inerziali e pompe di rilancio.

La batteria idronica, che funge da accumulatore di calore (proprio come il radiatore di un’automobile), scambia calore con l’acqua circolante nel circuito idronico, trasmettendo o ricevendo calore a seconda della modalità di funzionamento. Per semplificare, l’acqua calda o fredda che circola nella batteria idronica, riscalda o raffredda la batteria stessa.

I fancoil, che sono unità di diffusione dell’aria presenti in ogni ambiente, spingono l’aria calda o fredda sulla batteria idronica che essendo calda o fredda, di conseguenza, scalda o raffredda gli ambienti..

Questo sistema combina la flessibilità e la versatilità della pompa di calore con la capacità di accumulare e distribuire calore della batteria idronica e la diffusione dell’aria regolabile dei fancoil, offrendo un’efficienza energetica elevata e un comfort ottimale nell’edificio.

Come funziona una pompa di calore Aria-Acqua?

Una pompa di calore aria-acqua funziona trasferendo il calore dall’aria esterna a un fluido refrigerante (il gas contenuto nel circuito della pompa di calore) che viene quindi utilizzato per riscaldare l’acqua destinata al riscaldamento o al consumo sanitario, tramite uno scambiatore che può trovarsi nell’unità esterna (quindi una pompa di calore monoblocco) oppure nell’unità interna (pompa di calore Splittata)

Questo processo avviene grazie all’utilizzo del compressore che aumenta la pressione e la temperatura del refrigerante e di dello scambiatore di calore, così che quell’energia possa essere trasferita all’acqua. Il processo inverso viene utilizzato per raffreddare l’acqua in estate, al fine di raffrescare gli edifici predisposti per questa tecnologia.

In un impianto di riscaldamento radiante, la pompa di calore aria-acqua viene utilizzata per produrre acqua calda che viene poi inviata ai pavimenti, pareti o soffitti radianti attraverso una rete di tubazioni o pannelli pre-fabbricati. Il calore viene trasmesso all’ambiente dalla superficie calda dei radiatori o dei pavimenti, creando una fonte di calore confortevole e uniforme. L’impianto di riscaldamento radiante può essere alimentato da diversi tipi di fonti di energia, ma la pompa di calore aria-acqua è particolarmente efficiente perché utilizza l’energia gratuita presente nell’aria esterna per produrre calore e se alimentata da un impianto fotovoltaico, permette di abbattere i costi di esercizio in maniera molto importante.

Come funziona una pompa di calore Geotermica?

Una pompa di calore geotermica funziona trasferendo il calore dal sottosuolo all’acqua destinata al riscaldamento o al consumo sanitario.

Questo viene fatto grazie a un sistema di tubazioni che trasportano il fluido refrigerante, che vengono interrate nel sottosuolo, solitamente sotto la platea di una casa in costruzione oppure in un terreno adiacente al locale dove è ubicata l’unità interna della pompa di calore.

A differenza di una pompa di calore Aria-Acqua, il fluido refrigerante viene riscaldato dal calore presente nel sottosuolo. Per esempio, se la temperatura esterna è 0°C, la temperatura del sottosuolo ad 1 metro di profondità è circa 12°C. E’ facile  comprendere che il terreno, rispetto all’aria, ci sta regalando 12°C di pre-riscaldamento.

A questo punto, il fluido refrigerante viene compresso ad una temperatura di partenza maggiore rispetto a quella dell’aria, il che vuol dire che per portarlo alla temperatura desiderata, per esempio 30°C nel caso di un impianto radiante, serve circa il 40% di energia in meno.

Il processo inverso viene utilizzato per raffreddare l’acqua in estate. In un impianto a Fancoil, Radiante o di deumidificazione, c’è la necessità di avere acqua molto fredda. Nel caso di un impianto radiante, la temperatura di mandata estiva si attesta circa a 18 gradi, mentre nel caso di un impianto a Fancoil o di Deumidificazione, l’acqua richiesta è solitamente in un range che va dai 7°C ai 10°C.

Se la temperatura del terreno ad un metro di profondità è di circa 18°C in estate, la temperatura di partenza del fluido refrigerante sarà di circa 18°C. Vien da se comprendere che l’energia richiesta per raffreddare l’acqua e portarla a 7\10°C sarà molto minore rispetto a quella di una pompa di calore Aria-Acqua che come temperatura di partenza ha quella dell’aria, che può essere anche di 35°C..

Come per le altre tipologie, la pompa di calore geotermica è alimentata elettricamente e utilizza l’energia per compiere il lavoro di compressione del refrigerante.

Come faccio a sapere se una pompa di calore mi fa risparmiare?

Il COP (Coefficient of Performance) di una pompa di calore è un numero che rappresenta il rapporto tra l’energia elettrica utilizzata per far funzionare la pompa di calore e l’energia termica prodotta dalla stessa. In altre parole, il COP indica quanto è efficiente una pompa di calore nella trasformazione dell’energia elettrica in energia termica. Più alto è il COP, maggiore è l’efficienza della pompa di calore. Ad esempio, se una pompa di calore ha un COP di 3, significa che per ogni unità di energia elettrica utilizzata, la pompa produce 3 unità di energia termica.

Supponiamo che in un dato periodo di tempo una pompa di calore consumi 1000 kWh di elettricità e produca 3000 kWh di energia termica. Il COP di questa pompa di calore può essere calcolato come segue:

COP = Energia termica prodotta/Energia elettrica utilizzata COP= 3000 kWh/1000 kWh = 3

Quindi il COP di questa pompa di calore è 3, che significa che per ogni unità di energia elettrica utilizzata, la pompa produce 3 unità di energia termica.

Ma il COP è un valore fisso che vale per quella pompa di calore sempre?

No, il COP non è un valore fisso. Dipende da diversi fattori, come la temperatura esterna, la temperatura richiesta per il riscaldamento o il raffreddamento, la capacità termica dell’edificio e la qualità dell’installazione. In generale, il COP di una pompa di calore varia a seconda delle condizioni di funzionamento e può essere inferiore al valore dichiarato dal produttore in condizioni avverse. Tuttavia, le moderne pompe di calore hanno un COP abbastanza costante durante il loro ciclo di funzionamento, il che significa che mantengono un alto livello di efficienza anche in condizioni avverse.

Esiste però un modo per valutare l’efficienza di una pompa di calore più a lungo termine e si chiama SCOP, che in sostanza è il COP “Stagionale”.

Il COP (Coefficient of Performance) e l’SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) sono entrambi valori che misurano l’efficienza energetica di una pompa di calore.

Il COP misura l’efficienza energetica di una pompa di calore in un momento specifico, ovvero quanto calore viene fornito per ogni unità di energia elettrica utilizzata. Il COP varia in base alle condizioni esterne (temperatura dell’aria esterna, umidità, etc.) e all’utilizzo della pompa di calore.

L’SCOP, al contrario, misura l’efficienza media di una pompa di calore durante una stagione intera, considerando le variazioni delle condizioni climatiche. L’SCOP fornisce una valutazione più precisa dell’efficienza energetica della pompa di calore durante l’intero anno, ed è quindi un valore più affidabile per valutare il suo rendimento energetico a lungo termine.

Va bene per il mio impianto di riscaldamento con i radiatori?

Una pompa di calore Aria-Acqua o Geotermica può essere utilizzata per riscaldare un impianto a radiatori, ma dipende dal tipo di impianto esistente e dalle sue specifiche.

Generalmente, una pompa di calore può essere utilizzata per riscaldare l’acqua che circola nei radiatori, fornendo poi calore all’ambiente, proprio come una caldaia tradizionale, tuttavia ci sono degli aspetti da tenere in considerazione.

Per una corretta integrazione è importante verificare se l’impianto esistente soddisfa i requisiti di potenza e dimensionamento necessari per il funzionamento della pompa di calore. In alcuni casi potrebbe essere necessaria la sostituzione di vecchi radiatori con dei radiatori più grandi in modo tale che possano far lavorare la pompa di calore a temperature di mandata più basse.

Se la temperatura di mandata di una pompa di calore in riscaldamento, si attesta dai 25°C ai 35°C, si può trarre il massimo risparmio energetico e comfort da questa tecnologia, in quanto il COP a quelle temperature, una volta che l’acqua di ritorno dall’impianto ha una temperatura più bassa di circa 5°C rispetto a quella riscaldata, che è spinta verso l’impianto (questo aspetto viene chiamato “Salto Termico”), la pompa di calore inizierà la sua modulazione abbassando drasticamente i consumi e consumando solo l’energia necessaria per recuperare i 5°C del Salto Termico.

Senza caldaia come si produce l’acqua calda sanitaria?

Abbiamo detto che la pompa di calore deve funzionare per periodi prolungati affinchè il suo consumo di energia elettrica sia a favore del COP. Quindi se per esempio noi utilizzassimo la pompa di calore come una caldaia per farci una doccia, per avere una temperatura istantanea di 40°C ci vorrebbe una pompa da calore da circa 20kW termici, che con un COP da 3,5 si trasformano in 5,71kWh elettrici. A questo punto è chiaro e trasparente che questo approccio è impraticabile in quanto una doccia di 15 minuti, terrebbe impegnati 5,71kWh elettrici e farebbe lavorare la pompa di calore al 100%, senza poi considerare che se per qualche ragione, l’utente chiude il flusso dell’acqua, la pompa di calore, si spegnerebbe per poi riaccendersi alla riapertura. Per una pompa di calore questo è morte certa in pochissimo tempo.

E quindi, come si fa l’acqua calda sanitaria?

Si accumula il calore all’interno di grandi quantità di acqua, all’interno di un serbatoio. Le pompe di calore “Splittate” nascono solitamente con una unità esterna (la pompa di calore) ed una unità interna (quella che contiene l’accumulo dell’acqua e tutto il necessario per far muovere l’acqua nei circuiti dell’impianto).

Il funzionamento è molto più intelligente con questo approccio in quanto per riscaldare 200 litri di acqua da 40°C a 50°C gradi sono necessari circa 2kWh elettrici. E considerando che l’unità interna va posizionata in un ambiente chiuso, il calore dell’acqua rimarrà li per molto tempo in quanto il serbatoio da 200 litri è coibentato molto bene.

L’involucro del mio edificio ha effetto sul suo funzionamento?

L’involucro di un edificio è composto da pareti, finestre, porte e tetto, e ha un effetto importante sul funzionamento di una pompa di calore. La sua qualità può influire sia sulla quantità di calore che la pompa di calore deve produrre per mantenere la temperatura interna dell’edificio, sia sulla quantità di calore che viene disperso all’esterno.

Un involucro ben isolato aiuta a mantenere il calore all’interno dell’edificio, riducendo al minimo le dispersioni e aumentando l’efficienza della pompa di calore. In particolare, l’isolamento delle pareti e del tetto contribuisce a mantenere la temperatura all’interno dell’edificio, mentre l’utilizzo di finestre di alta qualità con una buona tenuta all’aria può aiutare a prevenire la dispersione di calore attraverso le finestre.

Al contrario, un involucro poco isolato o con finestre di scarsa qualità può causare perdite di calore e ridurre l’efficienza della pompa di calore. Ad esempio, le fessure nelle pareti o nelle finestre possono causare dispersioni di calore, obbligando la pompa di calore a lavorare di più per mantenere la temperatura desiderata.

In generale, un involucro ben progettato e ben costruito può aiutare a migliorare l’efficienza e l’efficacia di una pompa di calore in riscaldamento, riducendo i costi energetici e aumentando il comfort degli abitanti.

Quindi in termini pratici se ho un involucro molto isolato come si comporta la pompa di calore?

Con un involucro molto isolato la pompa di calore darà quel minimo apporto energetico necessario per mantenere il comfort interno. Questo si traduce in una temperatura di mandata per l’impianto di riscaldamento più bassa e quindi consumi più bassi e minori accensioni per la pompa di calore.

E se ho una casa non isolata?

Con un abitazione senza involucro aggiuntivo come quello chiamato “Cappotto termico” e senza la presenza di infissi con una tenuta all’aria “discreta”, la pompa di calore, starà accesa più tempo, con una temperatura di mandata più alta per sopperire alle dispersioni energetiche dell’edificio.

E il fotovoltaico che vantaggio mi da?

Un vantaggio enorme, ma solo ad una condizione: le abitudini dell’utente e la parametrizzazione delle temperature negli ambienti, vanno rivalutate sulla base delle ore dove il sole splende e ci permette di autoconsumare la nostra energia.

L’utilizzo di una pompa di calore insieme ad un impianto fotovoltaico può portare diversi vantaggi, tra cui:

1. Risparmio energetico: La pompa di calore può utilizzare l’energia solare prodotta dall’impianto fotovoltaico per riscaldare la casa o produrre acqua calda, riducendo così la necessità di utilizzare energia elettrica dalla rete.
2. Maggiore indipendenza energetica: Con l’impianto fotovoltaico che produce energia solare e la pompa di calore che la utilizza, l’utente sarà in grado di ridurre la propria dipendenza dalle fonti di energia tradizionali.
3. Riduzione delle emissioni: L’utilizzo di energia solare riduce le emissioni di gas serra, contribuendo a proteggere l’ambiente.
4. Ritorno sull’investimento: Un impianto fotovoltaico e una pompa di calore possono offrire un ritorno sull’investimento a lungo termine, poiché i costi per l’energia saranno ridotti nel tempo.

In sintesi, l’utilizzo di una pompa di calore con un impianto fotovoltaico può portare a una maggiore efficienza energetica, una maggiore indipendenza energetica, una riduzione delle emissioni e un ritorno sull’investimento a lungo termine.

Possono collaborare pompa di calore e fotovoltaico?

Qui viene il bello. La risposta è SI!

Esistono varie modalità di approccio e queste variano a seconda dei marchi che si scelgono di utilizzare.

Il sistema “Analogico” prevede che quando c’è produzione di energia da parte dell’impianto fotovoltaico, l’inverter, tramite un contatto pulito Aperto/Chiuso (che fisicamente è un collegamento tra la pompa di calore e l’inverter) dice alla pompa di calore in modo molto elementare.

1. Contatto Aperto, sto producendo energia.
2. La pompa di calore a quel punto inizia a produrre acqua calda sanitaria e se in inverno, a riscaldare anche il tampone inerziale del circuito di riscaldamento

Il sistema “intelligente” prevede che la pompa di calore e l’impianto fotovoltaico si parlino non tramite un “Contatto Aperto/Chiuso” ma tramite un linguaggio dedicato che prevede molte variabili.

Poniamo in esempio il sistema tra Inverter SMA e pompa di calore Vaillant.

Il sistema eBUS di Vaillant con il fotovoltaico SMA funziona come un sistema di gestione energetica integrato. L’impianto fotovoltaico SMA produce energia elettrica dal sole, che viene utilizzata dalla pompa di calore Vaillant per produrre calore e acqua calda. Il sistema eBUS gestisce la distribuzione dell’energia elettrica all’interno dell’edificio, ottimizzando l’utilizzo dell’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico.

Inoltre, il sistema eBUS utilizza una rete di comunicazione per collegare tutti i componenti dell’impianto, tra cui la pompa di calore, la lavatrice, l’asciugatrice ed il fotovoltaico. Questo permette una gestione ottimale dell’energia e un monitoraggio continuo dei consumi.

Per esempio:

1. C’è molta produzione e la richiesta energetica del mio edificio è bassa
2. Il sistema eBUS automaticamente alza di 5°C la temperatura della nostra acqua calda sanitaria
3. Il risultato è che abbiamo immagazzinato l’energia che avremmo immesso in rete, nella nostra acqua calda sanitaria

Un altro esempio prendendo in considerazione una lavatrice ed un’asciugatrice con protocollo eBUS (BOSCH o SIEMENS):

1. Riempio la lavatrice con gli indumenti
2. Premo il pulsante Start per il lavaggio
3. Il sistema eBUS sulla base dell’energia disponibile dal fotovoltaico e quella impegnata in quel momento dal resto dell’edifcio, nonchè sulla base anche delle previsioni meteo, decide se farla partire subito o posticiparla per raggiungere il più alto tasso di autoconsumo per quel lavaggio
4. Se si ha fretta, ovviamente si può forzare la partenza o disabilitare la funziona dedicata.

In sintesi, il sistema eBUS di Vaillant con il fotovoltaico SMA è una soluzione integrata che permette di utilizzare al meglio l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico, migliorando l’efficienza energetica e riducendo i costi energetici.