Sistemi ibridi con pompe di calore: come funzionano davvero le logiche di controllo

Per comprendere appieno il valore dei sistemi ibridi nelle applicazioni ad alta temperatura è necessario ricordare che il coefficiente di prestazione di una pompa di calore non è una costante della macchina, bensì una funzione fortemente dipendente dalle condizioni operative istantanee. Allo scendere della temperatura esterna, a fronte di un aumento (o mantenimento) della temperatura di mandata richiesta, il COP declina seguendo una legge che riflette l'inasprimento delle condizioni termodinamiche: una pompa di calore capace di operare brillantemente (ad esempio con COP pari a 4) a una temperatura esterna attorno agli 8-10 °C producendo acqua a 50°C può vedere il proprio coefficiente di prestazione addirittura dimezzato qualora la temperatura esterna scenda a -5°C e l'impianto richieda acqua a 70°C per il mantenimento del comfort interno. In altre parole, proprio quando il fabbisogno termico dell'edificio raggiunge il picco massimo in presenza di condizioni esterne severe l'efficienza della pompa di calore tocca i valori minimi.

Una possibile soluzione progettuale potrebbe essere il dimensionamento della pompa di calore basato sull’integrale copertura del carico termico nelle condizioni più severe, tuttavia siffatta progettazione indubbiamente porterebbe al sovradimensionamento rispetto alle condizioni operative reali che costituiscono la stragrande maggioranza delle ore di funzionamento annuali; inoltre, il sovradimensionamento di una macchina comporta sempre investimenti iniziali maggiorati, cicli di funzionamento più brevi con frequenti avvii e arresti che degradano l'efficienza media nonché l’utilizzo subottimale della capacità installata per la maggior parte della stagione di riscaldamento.

L'approccio ibrido risolve questa criticità dando modo di dimensionare la pompa di calore per coprire la frazione più significativa del fabbisogno termico, generalmente il 60-80% del carico di progetto, demandando al generatore ausiliario, quale un generatore a combustione a condensazione, la gestione dei picchi come descritti nell’esempio precedente. La configurazione ibrida permette alla pompa di calore di operare con fattori di carico elevati per la maggior parte della stagione, massimizzando l'efficienza media stagionale e il ritorno economico dell'investimento, mentre la caldaia interviene solo sporadicamente, nelle condizioni più critiche, limitando il consumo di combustibile a una frazione minimale del totale energetico annuale.