Speciale 114
Gli impianti integrati. I vantaggi nell’integrazione di pompe di calore, caldaie, solare e geotermico
05.04.2017
Articolo
Redattore: Maurizio Cudicio

I sistemi integrati con pompa di calore aria/acqua

Pompe di calore e situazione climatica in Italia: quali le decisioni impiantistiche migliori?


L’Italia è un paese con una notevole estensione e una conformazione geomorfologica eterogenea, che comporta diverse condizioni climatiche nelle diverse città, obbligando a prendere decisioni impiantistiche specifiche in funzione di attente analisi preliminari per poter garantire lo sfruttamento dei sistemi integrati che possano lavorare al massimo dell’efficienza.
 
Non vanno dimenticate le notevoli escursioni termiche e di umidità relativa dell’aria esterna nei diversi periodi dell’anno. Contrariamente a quanto si può osservare in altri paesi europei, alcune zone geografiche italiane hanno molto spesso un clima invernale particolarmente freddo e umido per un periodo di tempo molto lungo.



Il grafico dimostra che numerose città del Nord Italia, in particolar modo nella zona della Pianura Padana, presentano lunghi periodi di temperatura inferiore ai 4°C e percentuali di umidità relativa superiore all’85%.

Queste condizioni comportano situazioni climatiche che potrebbero richiedere tarature differenti dei set point di funzionamento dei sistemi, privilegiando per periodi più lunghi l’uso dei sistemi diversi rispetto alle pompe di calore, per evitare inutili perdite di energia nelle fasi di defrosting.
 
 

Le pompe di calore condensate ad aria: vantaggi e svantaggi


Le pompe di calore maggiormente diffuse e commercializzate nel nostro paese sono del tipo condensate ad aria, con rendimenti particolarmente interessanti soprattutto grazie all’evoluzione dell’elettronica e ai nuovi sistemi dotati di regolazione a inverter.
 
Rispetto agli impianti geotermici, i sistemi condensati ad aria non necessitano di terreno esterno e neppure di specifiche autorizzazioni, pertanto possono essere installati quasi ovunque, a meno ovviamente di vincoli architettonico-paesaggistici. Non richiedono costosi interventi di scavo per la posa in opera degli scambiatori di calore e, non ultimo, non limitano le possibilità d’utilizzo del terreno sotto cui sono posti gli scambiatori.
 
Di contro, le pompe di calore ad aria hanno un rendimento variabile in funzione delle condizioni esterne di temperatura e umidità. Molto spesso, pertanto, è energeticamente più vantaggioso adottare sistemi che sfruttino la geotermia, proprio perchè la fonte di scambio del calore permette la stabilità termica durante l’intero arco dell’anno, soprattutto se si parla di sistemi geotermici con sonde verticali. Non va però trascurato il fatto che le sonde e, più in generale, l’intero impianto geotermico, necessitano di un’attenta progettazione, ed è indispensabile che gli stessi funzionino non solo nel periodo invernale nei cicli di riscaldamento, ma anche in quelli estivi per la climatizzazione.

Questa soluzione di carico/scarico del terreno prolunga la vita utile delle pompe di calore geotermiche evitando la deriva termica dell’elemento che ospita le sonde. Anche questo tipo di macchina, tuttavia, presenta dei limiti che vanno tenuti in considerazione per non incorrere in errori banali che possono determinare riduzioni anche considerevoli dell’efficienza globale media stagionale.
 
Tra le soluzioni ad aria e le soluzioni geotermiche con scambio verso il terreno o verso falde acquifere, la scelta più diffusa è la prima perchè meno vincolante e di più facile realizzazione, oltre ad avere un costo iniziale più basso.
 
Nel caso di pompe di calore condensate ad aria, in condizioni di temperatura esterna basse e percentuali di umidità relative elevate, il rendimento delle stesse si riduce in modo considerevole, rendendo non più vantaggioso il loro funzionamento. Non ultimo, va tenuto in considerazione che nel funzionamento in riscaldamento lo scambiatore esterno opera come evaporatore e la temperatura sulla superficie risulta essere molto bassa. In queste condizioni di funzionamento capita spesso che sullo scambiatore si formi uno strato ghiacciato perché l’acqua presente nell’aria gela. 

Questa condizione comporta una notevole riduzione dell’efficienza di scambio termico della batteria a causa della riduzione della sezione di passaggio dell’aria attraverso le alette. Per eliminare il ghiaccio depositato, viene attivato in modo automatico dall’unità un ciclo di defrosting, meglio conosciuto come ciclo di sbrinamento, durante il quale una valvola di scambio interna al circuito frigorifero inverte il ciclo per utilizzare energia termica per sbrinare il ghiaccio formatosi sulla superficie. Questa inversione di ciclo sottrae energia termica che dovrebbe essere indirizzata all’impianto di riscaldamento con conseguenti sprechi di energia.