Pompe di calore: cosa sono e come funzionano

Riscaldare la tua casa, rinfrescarla, produrre acqua calda sanitaria. Tutte queste operazioni domestiche hanno un’alleata efficiente e sostenibile: la pompa di calore.
Ma cos’è la pompa di calore? È un dispositivo elettrico, che sfrutta il calore presente in natura (aria, acqua, suolo) per trasferirlo ad un altro ambiente. Può essere utilizzata per il riscaldamento e il rinfrescamento degli edifici e, in alcuni casi, anche per la produzione di acqua calda sanitaria.
La pompa di calore è considerata una tecnologia rispettosa dell’ambiente, efficiente e conveniente. Infatti può riversare una quantità di energia termica fino a 5 volte superiore rispetto all’energia elettrica consumata per il suo funzionamento, riducendo così le spese in confronto a una tradizionale caldaia a metano o a gasolio.
Alimentandola con elettricità prodotta da fonti rinnovabili – ad esempio abbinandola a un impianto fotovoltaico – si ottengono ancora più benefici ambientali ed economici.
Esistono diversi tipi di pompe di colore progettate per applicazioni specifiche o che sfruttano diverse fonti di calore (aria esterna, gas, acqua, calore del terreno, energia solare).
I due tipi più comuni, spiegati ampiamente nei prossimi paragrafi, sono:

La pompa di calore aria-aria (chiamata anche condizionatore a pompa di calore): preleva il calore dall’aria esterna e lo trasferisce all’aria interna per riscaldare e raffrescare gli ambienti.
La pompa di calore aria-acqua: utilizza l’energia termica dell’aria esterna per scaldare sia l’acqua sanitaria, sia quella necessaria ai sistemi di riscaldamento radiante a pavimento o dei termosifoni.

illustrazione di cos'è un climatizzatore a pompa di calore

Cos’è e come funziona un condizionatore a pompa di calore?

Illustrazione di quali sono i vantaggi nell'installare una pompa di calore

Una pompa di calore aria-aria è composta da una macchina esterna (motore) e da almeno una macchina interna (split) per ogni stanza. È la soluzione perfetta per rinfrescare la tua casa d’estate e riscaldarla in inverno, poiché si comporta come un climatizzatore, ma - a differenza di questo, - può funzionare in tutte le stagioni. Il funzionamento di una pompa di calore aria-aria si basa sul trasferimento di calore da una sorgente a bassa temperatura a un ambiente a temperatura più elevata, attraverso un ciclo termodinamico che segue questo schema:

Il calore disponibile in natura viene prelevato grazie a uno strumento che si chiama evaporatore
Il calore viene convogliato in uno scambiatore, nel quale circola un liquido refrigerante
Questo liquido assorbe il calore, si scalda fino a raggiungere il punto di ebollizione e a quel punto si trasforma in vapore
Grazie a un compressore il vapore viene compresso e la sua temperatura aumenta
Il calore prodotto raggiunge gli ambienti da riscaldare attraverso l’impianto di riscaldamento
Una valvola di espansione consente al liquido refrigerante di tornare a bassa temperatura e di poter riprendere il ciclo

Il ciclo sopra descritto si ripete continuamente per riscaldare l’ambiente. In estate, il funzionamento inverso permette invece alla pompa di calore di raffrescare la casa

Quali sono i vantaggi di un condizionatore a pompa di calore?

La scelta di dotarsi di un climatizzatore a pompa di calore può essere vantaggiosa per diversi motivi:

Alta efficienza energetica: in una pompa di calore, l’efficienza è il rapporto tra l’energia prodotta dalla macchina (energia termica immessa nell’ambiente) e la quantità di energia elettrica necessaria al suo funzionamento. Questo valore si misura in COP (Coefficiente di Prestazione). Più questo valore è alto, più la macchina è efficiente e quindi riduce i consumi di energia elettrica. Una volta in funzione, per ogni kW d’energia elettrica consumato, le pompe di calore restituiscono in media da 3 a 5kW d’energia termica all’ambiente da riscaldare, consumando quindi meno. In generale le pompe di calore con COP pari a 3 possono assicurare una riduzione del fabbisogno energetico rispetto ad una caldaia a condensazione fino al 70%. Non solo: sono fino a 4 volte più efficienti delle migliori caldaie a condensazione, a parità di condizioni termiche.
Risparmio sui consumi energetici: Il climatizzatore a pompa di calore, utilizzando una fonte rinnovabile di energia per climatizzare gli ambienti (perché trasforma in energia utile il calore presente nell’ambiente che sarebbe altrimenti inutilizzato), non solo riduce l’impatto ambientale dei consumi ma consente di tagliare le spese in bolletta, assicurando così un notevole risparmio. Il risparmio che puoi ottenere sui consumi energetici annui fino al 40% dei costi totali di riscaldamento e condizionamento.
Facile installazione e manutenzione: il climatizzatore a pompa di calore è un prodotto più facile da installare rispetto a un impianto con caldaia in quanto non richiede la predisposizione di canne fumarie. Rispetto alla manutenzione, la pompa di calore non prevede obblighi di legge: è consigliata semplicemente la pulizia dei filtri e la verifica del corretto funzionamento delle tubazioni dell’impianto. Per le caldaie a combustione invece, la legge prevede una manutenzione annuale per il controllo della combustione e dei fumi emessi.
Ottimo comfort domestico: funziona a temperature minori rispetto ai comuni radiatori, quindi tende a seccare di meno l’aria che respiriamo, riducendo fastidi come la secchezza delle mucose. Inoltre, a differenza dei radiatori che tendono a riscaldare solo l’aria che li circonda, i climatizzatori che utilizzano le pompe di calore aria-aria sono in grado di diffondere in modo più efficace l’aria calda all’interno degli ambienti, mantenendo una sensazione di tepore costante e uniformemente distribuita.
Sostenibilità ambientale: Utilizzando l’aria esterna come fonte di energia rinnovabile per la climatizzazione (fino al 75% dell’energia utilizzata), la pompa di calore assicura il rispetto dell’ambiente con una netta riduzione delle emissioni. In media, un climatizzatore a pompa di calore aria-aria permette di ridurre le emissioni di CO2 di 170 kg ogni anno, rispetto a un vecchio climatizzatore.
Flessibilità: un climatizzatore a pompa di calore è molto flessibile perché è in grado di rispondere a diverse esigenze. Ad esempio, può passare rapidamente dal riscaldamento al raffrescamento, senza necessità di installare impianti separati, con un netto vantaggio economico. Inoltre, all’occorrenza può anche essere usato per deumidificare gli ambienti.
Riduzione dei rischi: a differenza di un impianto di riscaldamento tradizionale, la pompa di calore non comporta rischi legati a perdite di gas.
Investimento che dura nel tempo: investire in un sistema a pompa di calore significa dotare la tua casa di un impianto pensato per fornire prestazioni ottimali senza ricorrere a fonti fossili. Una soluzione destinata a durare nel tempo, quindi, che può anche contribuire ad accrescere il valore della tua casa sul mercato immobiliare.

Inoltre, utilizzando in maniera combinata impianto fotovoltaico e pompa di calore i vantaggi crescono notevolmente. La pompa di calore può essere infatti parzialmente o totalmente alimentata dall’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico, massimizzando il risparmio in bolletta.

Come si installa una pompa di calore aria-aria?

Il climatizzatore a pompa di calore è un prodotto più facile da installare rispetto a un impianto con caldaia. Non richiede infatti la predisposizione di canne fumarie e la manutenzione si limita a una verifica periodica.
La visita di sopralluogo da parte di un tecnico per l’installazione di un climatizzatore a pompa di calore non è obbligatoria, ma è consigliato consultare un esperto per una verifica – che può essere effettuata anche tramite un questionario telefonico – dei requisiti necessari all’installazione.
I tempi e i costi per l’installazione di una pompa di calore aria-aria possono dipendere da diversi fattori, tra cui

Le caratteristiche tecnologiche del prodotto
Il posizionamento delle tubazioni, che possono essere fatte passare attraverso canaline a vista oppure incassate nei muri
Il posizionamento dell’unità esterna, che nel caso di abitazione con un balcone o un giardino diventa più agevole.

Nel caso di installazione con canaline a vista l’intervento richiede un paio di ore di lavoro, i tempi possono crescere a seconda della grandezza dell’impianto. Nel caso di installazione con tubazioni sotto traccia aumentano i tempi di posa e i relativi costi.
In linea di massima installare un climatizzatore a pompa di calore partendo da un modello basico costa all’incirca 800 - 900 euro, cifra che comprende la fornitura della macchina e l’installazione. Per l’acquisto è possibile inoltre usufruire di incentivi dedicati.

Illustrazione di quanti split posso installare in casa

Rispetto alle dimensioni, per le pompe di calore aria-aria sono piuttosto esigue: un’unità interna di circa 34x100x21 cm e un’unità esterna di circa 55x80x30 cm. Normalmente si installa uno split per ciascun ambiente da climatizzare, a meno che l’area non sia così grande da necessitarne più di uno. Sarà il venditore a suggerire il numero più adeguato di split per ciascun ambiente della casa, ma per avere un riferimento, puoi considerare questa proporzione: 120bTu/h*metro cubo (proporzione valida per la classe media delle abitazioni italiane, F, ma può variare in base a quanto è coibentata la casa). Quindi è possibile considerare un climatizzatore a pompa di calore da 9.000 btu/h per una stanza di circa 30 mq, mentre nel caso di una stanza da 35 mq sarà necessaria una pompa di calore da 12.000 btu/h. Se l’edificio è ben isolato, otterrai una resa migliore.
Sulla base delle caratteristiche dell’abitazione (numero di ambienti da climatizzare, disposizione delle stanze, dimensione, ecc.) è possibile configurare l’impianto scegliendo una combinazione di condizionatori cosiddetti “monosplit”, (costituiti cioè da un motore e da uno split) e/o “multisplit”, che invece sono costituiti da un motore collegato a due o più split.

Cos’è e come funziona una pompa di calore aria-acqua?

A differenza della pompa di calore aria-aria, che ha come funzione quella di riscaldare e raffrescare gli ambienti, una pompa di calore aria-acqua svolge due principali azioni nell’abitazione:

Riscalda l’acqua calda sanitaria contenuta nel serbatoio all’interno del modulo idronico
Riscalda o raffresca gli ambienti, attraverso serpentine a pavimento, termosifoni o termoconvettori

Come per la pompa di calore aria-aria, funzionamento di una pompa di calore aria-acqua si basa sul principio di trasferimento di calore da una sorgente a bassa temperatura (aria esterna) a un fluido (acqua) a una temperatura più elevata. Le pompe di calore sono reversibili, e dunque in grado di invertire il proprio funzionamento per raffrescare le abitazioni durante la stagione estiva.
La pompa di calore aria-acqua è composta da una macchina esterna e da un modulo, cosiddetto idronico, che può essere posto all’interno o all’esterno dell’abitazione in base alle caratteristiche. In termini di dimensioni, sono più ingombranti rispetto alle pompe di calore aria-aria: dimensioni di circa 180x60x60 cm per l’unità interna e 100x120x50 cm per quella esterna.

Illustrazione di dove posso installare uno scaldacqua a pompa di calore

Il ciclo di funzionamento di una pompa di calore aria-acqua in linea di massima segue questi passaggi:

La pompa di calore preleva energia dall’aria esterna attraverso un ventilatore
Attraverso un liquido refrigerante, la pompa di calore estrae il calore dall'aria esterna, anche quando la temperatura è molto bassa. Infatti anche a basse temperature (fino a -20 ºC), sono ancora presenti tracce di calore nell'aria che possono essere sfruttate da questi sistemi
Il refrigerante, che ha assorbito il calore dall'aria, viene compresso attraverso un compressore, di conseguenza la sua temperatura aumenta
Il refrigerante compresso a temperatura elevata cede il calore all'acqua del sistema di riscaldamento;
L'acqua riscaldata viene poi distribuita attraverso il sistema di riscaldamento dell'edificio. Questo può avvenire attraverso radiatori, pavimento radiante o altri sistemi di distribuzione
Il refrigerante, ora a bassa temperatura, viene riportato al punto di inizio per ricominciare il ciclo

Durante l’estate avviene il processo inverso, cioè il calore del fluido contenuto dall’impianto (quindi interno all’abitazione) viene ceduto all’aria esterna, che è più fredda, seguendo lo stesso principio di funzionamento di un frigorifero.
Ma le pompe di calore aria-acqua funzionano anche con temperatura esterna molto bassa? Sì, il loro funzionamento è efficace anche a temperature molto ridotte. Un recente studio ha infatti rilevato che questi apparecchi sono in grado di svolgere il loro compito anche quando la temperatura esterna minima scende sotto i -10 ºC, caratteristica che le rende utilizzabili in tutti i paesi europei. Non a caso, le pompe di calore sono ampiamente usate nei paesi più freddi d’Europa e attualmente coprono il 60% delle esigenze di riscaldamento domestico in Norvegia e oltre il 40% in Finlandia e Svezia.
Rispetto alla rumorosità, questa è legata essenzialmente dall’unità esterna, in particolare dal ventilatore e dal compressore. Mediamente, tale rumore può raggiungere i 60 dB, un valore simile al rumore di uno spazzolino elettrico o di una conversazione a voce normale. Tuttavia, è possibile diminuire ulteriormente il rumore dell’unità esterna con qualche accorgimento in fase di installazione. Le unità interne, dove presenti, hanno rumorosità inferiore, di circa 30 dB, inferiore a quella di un normale frigorifero.

Quali sono i vantaggi di una pompa di calore aria-acqua?

Le pompe di calore per il riscaldamento condividono molti dei vantaggi delle altre pompe di calore, tra cui l’elevata efficienza energetica, la sostenibilità ambientale, la ridotta necessità di manutenzione e i risparmi economici che derivano da tutto questo.
In più, una pompa di calore aria-acqua rappresenta una soluzione integrata, perché, a differenza dei condizionatori (pompe di calore aria-aria) con lo stesso impianto è possibile ottenere riscaldamento, acqua calda sanitaria e raffrescamento. Per questo motivo, la pompa di calore aria-acqua rappresenta una soluzione ideale per chi desidera sostituire la propria caldaia a combustibile fossile con uno strumento 100% elettrico, più efficiente e rispettoso dell’ambiente.

Illustrazione di produzione acqua calda sanitaria con pompa di calore

Le pompe di calore aria-acqua in genere sono in grado di produrre acqua calda a 65°C. Per questo sono particolarmente adatte per venire utilizzate al posto di una tradizionale caldaia in abbinamento agli impianti di riscaldamento a bassa temperatura, come i sistemi a pavimento, i termosifoni in alluminio e i termoconvettori detti “fan coil”.
Nel caso si voglia utilizzare una pompa di calore con un impianto di riscaldamento già esistente del tipo ad alta temperatura (ad esempio con la presenza di termosifoni in ghisa) è necessario riscaldare l’acqua a temperature più elevate. In questo caso la tecnologia più adatta è rappresentata dalla pompa di calore ad alta temperatura, che può riscaldare l’acqua fino a circa 80ºC, ma comporta costi e ingombri più elevati.
Ma quanto costa installare una pompa di calore aria-acqua? Il costo di installazione è di circa 8-9 mila euro se abbinato a un impianto di riscaldamento già esistente e può essere recuperato fino al 65% della spesa in 10 anni grazie agli incentivi fiscali.

Per una valutazione completa, quali sono quindi gli aspetti da valutare prima di acquistare una pompa di calore aria-acqua?

Scegliere la corretta pompa di calore valutandone le caratteristiche tecniche come potenza assorbita, efficienza, rumorosità, dimensioni.
Valutare il contesto dove si inserirà la pompa di calore, prestando particolare attenzione alle condizioni climatiche, alle caratteristiche dell’impianto di riscaldamento e all’isolamento termico della casa o appartamento. In alcuni casi, potrebbe essere necessario effettuare lavori preliminari come la sostituzione degli infissi.
Il clima, le dimensioni e le prestazioni energetiche dell’edificio sono fattori da considerare per determinare il corretto dimensionamento dell’impianto. In linea di massima in fase di progettazione si dovrà considerare la potenza minima necessaria per mantenere la casa ad una certa temperatura (di solito 20 ºC per il riscaldamento) nel caso in cui all’esterno si manifesti la temperatura minima prevista in una certa zona climatica.

Altre tipologie di pompe di calore

Le pompe di calore aria-aria e aria-acqua sono completamente elettriche. Esistono altre tipologie di pompa di calore che sfruttano altre fonti di energia. Ecco alcuni esempi:

Pompa di calore ibrida: combina una caldaia a condensazione (detta anche caldaia a gas) e una pompa di calore per riscaldare l’acqua e gli ambienti. La pompa di calore ibrida riscalda la tua casa utilizzando una caldaia a condensazione integrata con una pompa di calore. In questo modo avrai la possibilità di riscaldare gli ambienti, raffrescarli e produrre acqua calda sanitaria utilizzando entrambi i sistemi. È adattabile a tutti gli impianti di riscaldamento come radiatori e riscaldamento a pavimento o soffitto. Questo è possibile dall'unione della tecnologia elettrica e gas.
La pompa di calore ibrida è in grado di farti risparmiare, scegliendo la sorgente energetica più conveniente in base alle tue esigenze. Tramite un'installazione professionale il sistema garantirà il massimo risparmio. Avrai bisogno di uno spazio esterno dove posizionare la pompa di calore, come un terrazzo, un giardino o simili, mentre la caldaia potrà essere installata comodamente al posto della vecchia caldaia. A differenza di altri prodotti questo non richiede l'aggiunta di alcun accumulo per l'acqua.
Pompa di calore acqua-acqua: sfrutta l’energia termica dell’acqua di falda.
Pompa di calore geotermica: utilizza l’energia termica del suolo.

Pompa di calore: come funziona e quanto conviene

Cos’è e come funziona un condizionatore a pompa di calore?

Quali sono i vantaggi di un condizionatore a pompa di calore?

Come si installa una pompa di calore aria-aria?

Cos’è e come funziona una pompa di calore aria-acqua?

Quali sono i vantaggi di una pompa di calore aria-acqua?

Altre tipologie di pompe di calore

Altro su questo argomento

Scaldabagno a pompa di calore: come funziona e quanto conviene

Pompe di calore: tutti gli incentivi per l'acquisto