Dossier tecnico

Pompe di calore a gas o elettriche: differenze e criticità di scelta

L'aumento della consapevolezza sull’importanza della sostenibilità ambientale, il risparmio energetico e la tutela del territorio sta provocando, di anno in anno, una crescita dell’interesse generalizzato in merito alle tecnologie che permettono la generazione di energia da fonti rinnovabili, anche a livello domestico

Oltre ai più diffusi e più conosciuti impianti fotovoltaici e solari termici, il mercato ha registrato un sempre maggiore interesse nelle pompe di calore, strumenti per il riscaldamento e il raffrescamento che possono essere considerati impianti da rinnovabili.

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Come climatizzare in modo efficiente e sostenibile?

Il desiderio di poter riscaldare e raffrescare la propria abitazione in modo efficiente e sostenibile è sempre più diffuso e condiviso. Nella progettazione di nuovi edifici o nella ristrutturazione di abitazioni più datate è fortunatamente diventato usuale valutare l’installazione soluzioni impiantistiche che, sfruttando le fonti rinnovabili, permettono di aumentarne l’efficienza complessiva, e di conseguenza la classe energetica dell’edificio, limitando l’impatto ambientale dei propri consumi energetici.

Una delle soluzioni più apprezzate e diffuse a questo proposito sono le pompe di calore, sistemi in forte espansione nel panorama della climatizzazione in quanto garantiscono elevate efficienze e soprattutto per il fatto che sono considerati sistemi da fonti rinnovabili.

Il Decreto Legislativo 3 marzo 2011 , n. 28 - Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell'uso dell'energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE (S.O. n. 81 alla G.U.28/3/11 n. 71 – In vigore dal 29/3/11), definisce “energia da fonti rinnovabili” l’energia proveniente da fonti rinnovabili non fossili, vale a dire energia eolica, solare, aerotermica, geotermica, idrotermica e oceanica, idraulica, biomassa, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas.

I due principali sistemi maggiormente diffusi sono:

  • Pompe di calore elettriche;
  • Pompe di calore a gas;

 

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Entrambe garantiscono elevati livelli energetici, ma le differenze tra i due sistemi sono sostanziali ed entrambe nascondono indubbi vantaggi, ma portano con se anche alcune limitazioni che richiedono attente analisi da parte di progettisti ed installatori, prima che le stesse vengano selezionate o installate.

Di fatto le due macchine sfruttano due cicli frigoriferi completamente differenti tra loro.

Le pompe di calore elettriche sfruttano il ciclo frigorifero a compressione, detto anche Ciclo Kelvin, mentre le pompe di calore a gas sfruttano il ciclo frigorifero ad assorbimento.

I cicli frigoriferi

Per poter produrre freddo o caldo, è necessario portare a cambiare fisicamente di stato un fluido, affinché lo stesso sottragga o ceda calore.

I due cicli frigoriferi sono i seguenti:

  • Ciclo frigorifero a compressione – Ciclo Kelvin, utilizzato nelle pompe di calore elettriche
  • Ciclo frigorifero ad assorbimento, utilizzato nelle pompe di calore a gas

 

Pompe di calore elettriche con ciclo frigorifero a compressione

Il ciclo a compressione è uno dei cicli maggiormente diffusi nella produzione di macchine frigorifere. Esso si basa sullo sfruttamento di un ciclo di compressione per permettere al fluido frigorifero di subire una trasformazione da gassoso a liquido. La compressione del fluido comporta un cambiamento di stato dello stesso, da cui si genera produzione di calore. La fase successiva consiste nell’espansione del fluido frigorifero, con conseguente evaporazione del liquido da cui si genera e, in modo opposto rispetto alla fase precedente, una sottrazione di calore.

Pertanto il ciclo si suddivide in quattro fasi principali:

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Invertendo il ciclo grazie ad una serie di sistemi di deviazione e all’inserimento di una seconda valvola di laminazione, è possibile sfruttare tali macchine per riscaldare gli ambienti.

Le pompe di calore elettriche a ciclo di compressione, sono le macchine maggiormente diffuse soprattutto in ambito residenziale e possono essere del tipo "condensate ad aria", ossia le macchine più facili da installare, e del tipo "condensate ad acqua", ossia macchine che sfruttano la geotermia del terreno, pozzi o specchi d’acqua, come volano termico per lo svolgimento del ciclo sopra descritto.

I principali vantaggi legati alle pompe di calore elettriche riguardano la loro facilità di installazione, il costo contenuto, la grande disponibilità di modelli e taglie e la conseguente capillare diffusione, la possibilità di utilizzarle sfruttando un eventuale impianto fotovoltaico e soprattutto la loro grande affidabilità. Di contro non va trascurato che le pompe di calore condensate ad aria hanno una riduzione proporzionale della potenza erogata in funzione della temperatura dell’aria esterna e soprattutto in alcune condizioni di temperatura ed umidità relativa esterna, devono utilizzare parte della loro potenza per i cicli di sbrinamento.

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Pompe di calore elettriche con ciclo frigorifero ad assorbimento

Il ciclo frigorifero ad assorbimento prevede l’uso di una miscela costituita da due fluidi che in fase liquida si presentano come un composto omogeneo, che vengono scomposti nelle varie fasi del ciclo stesso. Ovviamente, data la diversità di caratteristiche tecniche, il componente con una più bassa tensione di vapore 1 è denominato solvente, mentre il secondo è chiamato soluto. Le miscele maggiormente utilizzate nei cicli ad assorbimento sono acqua-ammoniaca (NH3), dove l’ammoniaca è l’elemento che ha tensione di vapore più bassa e pertanto funge da fluido frigorigeno, o una di acqua-bromuro di litio (LiBr), dove è l’acqua l’elemento con funzione frigorigena.

1 Tensione di vapore: la pressione alla quale esiste una stabilità del fluido tra lo stato liquido e gassoso

Il componenti che costruiscono una macchina ad assorbimento sono fondamentalmente i seguenti:

  • Evaporatore
  • Assorbitore
  • Pompa del liquido
  • Il generatore
  • Il condensatore
  • Gli organi di laminazione

 

Anche in questo caso nell’evaporatore viene sottratto il calore alla sorgente esterna a bassa temperatura per effetto dell’evaporazione del fluido contenuto all’interno della macchina. Da qui il vapore passa attraverso l’assorbitore dove viene a contatto con la miscela liquida in arrivo dal generatore. Questa fase avviene con sviluppo di calore che dovrà essere asportata grazie ad un fluido a più bassa temperatura. La pompa provvede ad aumentare la pressione della soluzione per inviarla al generatore. Grazie all’apporto di energia termica proveniente dalla caldaia a gas avviene la separazione del soluto dal solvente. Mentre la soluzione povera di soluto ritorna all’assorbitore, il vapore del fluido frigorigeno passa attraverso il condensatore, dove avviene la cessione di calore alla sorgente esterna a temperatura superiore. Il passaggio del soluto dal condensatore all’evaporatore avviene attraverso un organo di laminazione.

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I principali vantaggi legati alle pompe di calore a gas riguardano il fatto che sono macchine che hanno un assorbimento elettrico pressoché nullo, pertanto trovano la massima espressione in tutte quelle situazioni nelle quali la disponibilità elettrica è limitata, proprio per il fatto che viene utilizzato il gas come fonte principale di funzionamento di queste macchine. Sono comunque macchine affidabili in quanto questo tipo di ciclo è presente da anni nel settore della climatizzazione. Di contro non va trascurato che le pompe di calore a gas utilizzano fluidi che necessitano di particolare attenzione.

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Pompe di calore ad inversione di ciclo MAXA, la soluzione per la climatizzazione efficiente e la produzione di ACS in ambito residenziale e commerciale

Le soluzioni in pompa di calore ad inversione di ciclo proposte da MAXA solo la soluzione versatile ideale per la climatizzazione sostenibile di ambienti residenziali e commerciali; le possibilità di scelta tra unità pensile o unità armadio e la possibilità di produzione di acqua calda sanitaria assicurano infatti il soddisfacimento delle più varie esigenze impiantistiche.

Le pompe di calore ad inversione di ciclo MAXA sono disponibili nella versione monoblocco e nella versione splittata con la possibilità di scegliere fra una unità interna pensile di ridotte dimensioni e una unità interna armadio. Sono state progettate per essere applicate in ambito residenziale e commerciale , sono quindi estremamente versatili e possono essere predisposte per il funzionamento in pompa di calore con produzione di acqua calda per il riscaldamento dell’ambiente e per l’utilizzo sanitario ad una temperatura fino a 63°C.

Una delle importanti caratteristiche delle pompe di calore a inversione MAXA è la possibilità di sceglierle ed instarle in abitazioni in fase di ristrutturazione quanto in edifici di nuova costruzione, associandole senza grandi vincoli a impianti di riscaldamento con fan coil o a pavimento radiante, con produzione elettrica autonoma da fonti rinnovabili o con fornitura da rete.

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La dotazione di un compressione brushless Inverter, di una valvola di espansione elettronica e di un ventilatore e di circolatori integrati, entrambi brushless, consente di ottimizzare i consumi ed innalzare l’efficienza operativa delle componenti frigoriferi e dell’intero sistema.

La conformazione complessiva del sistema assicura un funzionamento senza perdite di efficienza in un range di temperature fino ai -20°C.
La gamma di unità esterne MAXA è infatti dotata di accorgimenti tecnici strutturali che riducono le possibilità di formazione di ghiaccio sulla batteria e di una protezione antighiaccio creata su misura per ridurre il pericolo di guasti durante i mesi più freddi.

La versione splittata con armadio permette di stoccare acqua calda nel puffer tecnico per ottenere acqua calda sanitaria disponibile all’utente alla temperatura di 40°C. Si evita così lo spreco di energia dato dalla miscelazione dell’acqua calda a temperature maggiori con quella di rete. È caratterizzata da un ingombro estremamente ridotto poiché al suo interno include sia il serbatoio di acqua calda sanitaria sia il puffer di acqua tecnica impianto e tutti i componenti dell’impianto.

Le ridotte dimensioni dell’unità facilitano l’installazione delle pompe di calore a inversione di ciclo MAXA, apparecchi efficienti e ottimizzati che possono essere integrati in qualsiasi abitazione grazie a un design minimale e moderno.

Dal momento che tutti i componenti idraulici dell’unità sono stati posizionati in posizione facilmente accessibile, immediatamente raggiungibile una volta aperto il pannello frontale, e i raccordi dell’acqua e del refrigerante sono stati posti nella parte posteriore dell’unità, le operazioni di manutenzione e installazione sono rese particolarmente semplici e sicure da eventuali guasti dovuti a perdite d’acqua.

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