Quando è conveniente installare una pompa di calore e quando scegliere sistemi ibridi?

Considerazioni sulla convenienza tecnico - economica di scegliere una pompa di calore o sistemi ibridi nella riqualificazione impiantistica degli edifici.

All'interno anche un'analisi dei parametri che influenzano l’efficienza sia in funzionamento singolo che in sistema ibrido.


Attenzione a scegliere la tecnologia più idonea a ottenenre la prestazione energetica finale

Gli obiettivi posti dall’Unione Europea in merito al raggiungimento della decarbonizzazione, mediante lo sfruttamento delle risorse rinnovabili, hanno permesso di focalizzare l’attenzione sui sistemi di riscaldamento a combustione ad oggi esistenti e su quali possano essere le possibili soluzioni alternative. Nello specifico, in ambito di nuova costruzione o di riqualificazione energetica degli edifici esistenti è necessario porre particolare attenzione al sistema impiantistico al servizio della climatizzazione degli ambienti.

Oggi, infatti, grazie alle agevolazioni maggiorate messe a disposizione dallo Stato, con il Decreto Rilancio (DL 19 maggio 2020, n.34 convertito con modificazioni dalla L. 17 luglio 2020, n. 77), gli interventi di sostituzione del generatore di calore con o senza ristrutturazione completa del sistema di distribuzione, regolazione ed emissione, figurano come interventi trainanti per l’accessibilità al Superbonus 110% a condizione che siano verificati i requisiti secondo DM 06/08/2020 e DM 26/06/2015 e avvenga il salto di due classi energetiche rispetto alla situazione ante operam.

Diventa quindi importante scegliere la tecnologia più idonea non solo in funzione della condizione impiantistica esistente in relazione al sistema di emissione e distribuzione e allo stato dell’involucro edilizio, ma anche al fine di ottimizzare la prestazione energetica finale massimizzando l’utilizzo di fonti rinnovabili per il conseguimento del salto di due classi energetiche.

Per ottenere ciò, i sistemi in pompa di calore, sia ad installazione standard che in sistema ibrido, grazie alla garanzia di elevati indici di prestazione (COP ed EER) rappresentano oggi una delle tecnologie più facilmente implementabili (previa verifica di fattibilità tecnica per l’installazione in esterno o in locali opportunamente ventilati) per consentire il raggiungimento degli obiettivi prefissati ed assicurare l’efficientamento energetico richiesto dalla normativa vigente e il raggiungimento degli standard imposti a livello europeo.

Sistema Ibrido e sistemi con pompa di calore


Ma in quali casi risulta essere maggiormente conveniente l’installazione di un sistema in pompa di calore o ibrido?

Vediamo di capire le condizioni più idonee alla suddetta installazione e i vantaggi derivanti dalla sostituzione di un sistema di generazione interamente a combustione.

 

La valutazione della convenienza tecnico economica: Pompa di calore o sistema ibrido? 

Spesso, soprattutto nei casi di ristrutturazione impiantistica, ci si interroga se sia più adatto un sistema ibrido o una pompa di calore standard. In prima battuta, c’è da dire che, nella scelta del sistema di generazione più performante, le considerazioni che bisogna attenzionare non possono prescindere da una fattibilità di natura tecnica ed economica. Tali aspetti devono necessariamente tener conto dello stato dell’involucro edilizio in relazione alla presenza o meno di isolamento che determina il fabbisogno termico dell’edificio e della temperatura di funzionamento del sistema di emissione esistente. 

Sistemi funzionanti ad alta temperatura come i radiatori, presenti nella maggior parte degli edifici ad uso residenziale ma anche in edifici pubblici come, ad esempio, nel caso di scuole, hanno bisogno di sistemi di generazione in grado di produrre acqua calda a temperature dell’ordine di 80-65 °C per ottimizzare il loro funzionamento. In tal caso, ovvero qualora si voglia agire con la mera sostituzione del generatore di calore, senza quindi intervenire sul sistema di emissione a radiatori esistente, non sempre la pompa di calore risulta essere la scelta migliore o per meglio dire, è necessario attenzionare altri aspetti prima di proseguire con l’installazione di tale macchina.

Ricordiamo inoltre, che l’innovazione apportata da un sistema in pompa di calore è rappresentata dall’utilizzo di energia rinnovabile gratuita (aria, acqua, terra) e nel convertirla in energia termica per il riscaldamento di un fluido termovettore. Per ottimizzare tale processo, con efficienze medio stagionali elevate, il suddetto fluido termovettore si trova a basse temperature minimizzando quindi le dispersioni termiche del sistema di distribuzione.

A questo punto possiamo seguire strade diverse in funzione delle condizioni al contorno inerenti ai casi specifici:

  • Installazione di un sistema ibrido, caldaia a condensazione + pompa di calore senza alcun intervento sul sistema di emissione esistente;
  • Installazione di pompa di calore standard con valutazione delle condizioni al contorno ed eventuale sostituzione del sistema di emissione;
  • Installazione di una pompa di calore ad alta temperatura mantenendo invariato il sistema di emissione a radiatori.

Vediamo di seguito quale delle suddette opzioni risulta maggiormente conveniente e quali sono gli accorgimenti necessari per garantirne l’implementazione a regola d’arte e i vantaggi derivanti in termini di efficientamento.

Sistema ibrido (caldaia a condensazione + pompa di calore)

I sistemi ibridi massimizzano l’efficienza dei due generatori di energia termica: caldaia a condensazione e pompa di calore. Grazie alla capacità di lavorare sia in modalità contemporanea che alternata, il sistema ibrido è in grado di soddisfare il fabbisogno globale dell’unità immobiliare o dell’intero edificio, in caso di impianti centralizzati, sia per il riscaldamento che per la produzione di acqua calda sanitaria.

Nello specifico, in funzione della temperatura esterna, il sistema di gestione elettronico a bordo consente l’avvio automatico della caldaia a condensazione nel caso di temperature molto basse, il funzionamento di entrambi i sistemi (per temperature intermedie) ed infine l’avvio della sola pompa di calore per temperature esterne solitamente maggiori di 5°C.

Tale gestione si ripercuote sulla convenienza economica del combustibile utilizzato di volta in volta: infatti, per temperature molto rigide il valore del COP della pompa di calore diminuisce ovvero, quasi a parità di energia elettrica assorbita il generatore ha una rese termica inferiore. Quindi, appare chiaro che, in presenza di un sistema ibrido, per ottimizzare il risparmio economico, a basse temperature climatiche si prediliga il funzionamento della sola caldaia. 

Qualora non si vogliano sostituire i radiatori esistenti, il sistema ibrido rappresenta un buon compromesso per l’efficientamento dell’impianto e per l’incremento dell’utilizzo di fonti rinnovabili per il riscaldamento degli ambienti interni.

I vantaggi di tale sistema possono essere sintetizzati nel seguente modo:

  • Gestione ottimizzata: sfruttando le diverse fonti di energia (combustibili e non) in modo intelligente il sistema ibrido permette di utilizzare sempre il generatore più conveniente;
  • Flessibilità dell'impianto e comfort elevato: si adatta facilmente anche nei casi in cui non vi sia la possibilità di sostituire il sistema di emissione;
  • Continuità di esercizio: un impianto dotato di due generatori di calore, con modalità di funzionamento anche indipendente, offre una maggiore affidabilità in caso di interventi di manutenzione o guasti garantendo la continuità dell’impianto.

Pompa di calore 

In caso le condizioni climatiche esterne non siano proibitive e il sistema di emissione sia a bassa temperatura (ventilconvettori o pannelli radianti) la soluzione più indicata è quella di installare una classica pompa di calore. Con tale sistema il vantaggio è duplice: non solo la soluzione permette di avere un impianto che lavori mediante l’utilizzo di fonti rinnovabili ma la macchina consente anche di essere implementata in un edificio gas free o in quelle località non raggiunte dal gas naturale cittadino, configurandosi come migliore alternativa ai generatori a combustione.

L’installazione di una pompa di calore, risulta maggiormente indicata per le nuove costruzioni, ovvero edifici a basso fabbisogno termico o in edifici soggetti a ristrutturazioni importanti per l’efficientamento energetico, ovvero per tutti quegli interventi che prevedono l’applicazione di un certo grado di isolamento delle strutture disperdenti.

Questo perché, come indicato precedentemente, una pompa di calore non risulta molto conveniente a basse temperature, ma ciò non significa che la macchina non sia in grado di soddisfare il fabbisogno termico in caso di temperature rigide. Infatti, l’incremento di energia elettrica assorbita può essere minimizzato con la riduzione del fabbisogno termico dell’edificio e quindi con la scelta di una taglia più piccola della macchina e con l’implementazione di un impianto fotovoltaico per l’utilizzo di energia elettrica autoprodotta. Queste soluzioni, insieme all’utilizzo di un sistema di emissione idoneo fanno si che le pompe di calore siano installabili in qualsiasi zona termica.

Pompe di calore ad alta temperatura

Risultano particolarmente indicate in caso di riqualificazione degli edifici dove sono presenti radiatori e caloriferi datati, ovvero realizzati con materiali ormai superati che non sfruttano al meglio l’energia termica o che comportano tempi di riscaldamento prolungati (è il caso, ad esempio, dei radiatori in ghisa), necessitando quindi di potenze sostanziali per garantire l’ottimale funzionamento dell’impianto e il confort negli ambienti riscaldati. Ma, bisogna anche dire che, per le valutazioni preventive di natura tecnica, oltre alla tipologia di radiatore bisogna considerare anche la sua dimensione, in quanto due radiatori con dimensioni differenti, per produrre la stessa potenza termica, al radiatore più grande sarà sufficiente fornire una temperatura dell’acqua inferiore. Ciò si traduce nella possibilità di utilizzare come sistema di generazione una pompa di calore aumentando il numero di elementi di cui è composto il radiatore previa verifica degli spazi disponibili e senza intervenire con alcuna sostituzione dei terminali di emissione. 

Quindi, sintetizzando, con l’installazione di una pompa di calore ad alta temperatura è possibile evitare la sostituzione del sistema di emissione previa verifica della potenza erogata dai radiatori in funzione delle loro dimensioni e del salto termico di progetto. 

Ad oggi, non tutti i produttori di pompe di calore hanno messo in commercio la variante ad alta temperatura e in pochi vantano una varietà di taglie in grado di soddisfare i diversi fabbisogni termici degli edifici esistenti ma, si stanno facendo molti passi avanti in merito e tali pompe di calore rimangono una tecnologia da tenere in considerazione soprattutto in quelle località non servite dal gas naturale e dove bisogna intervenire solo sul sistema di generazione.

In tutto ciò dove si inserisce la convenienza tecnica?

In generale, possiamo dire che per l’installazione di una pompa di calore non ci sono particolari accorgimenti tecnici e la macchina, nella maggior parte dei casi si inserisce facilmente all’interno degli spazi di pertinenza dell’edificio oggetto di intervento.

Inoltre, la sua installazione permette di svincolare i problemi che potrebbero essere connessi ad un impianto a gas per le attività soggette (centrali termiche) al controllo da parte dei vigili del fuoco.

Gli unici aspetti da non dover trascurare, in caso di riqualificazione di impianto esistente, riguardano principalmente le aperture di ventilazione delle centrali termiche, qualora la pompa di calore debba essere installata necessariamente all’interno di spazi chiusi e la disponibilità di aree all’aperto per l’installazione in esterno. L’idoneità, in quest’ultimo caso deve necessariamente tener conto eventualmente dell’impatto acustico, predisponendo opportuni sistemi silenziati o barriere fonoassorbenti, e di eventuali vincoli di natura architettonica e urbanistica.

L'articolo continua nel PDF con la trattazione sui Parametri che influenzano l’efficienza sia in funzionamento singolo che in sistema ibrido