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Caldaia a Condensazione o Pompa di Calore? Come scegliere
Spesso nel caso di ristrutturazioni o riqualificazioni edilizie ci troviamo di fronte alla difficile scelta del generatore termico. Come scegliere il più adeguato? Vediamo a continuazione le differenze principali tra caldaia a condensazione e pompe di calore e i criteri in base a cui guidare la propria decisione.
Contenuti
Come funziona l’impianto a pompa di calore
Il funzionamento della pompa di calore si basa su un ciclo termodinamico di un fluido refrigerante detto ciclo frigorifero, in cui il calore viene prelevato da una sorgente a temperatura inferiore, chiamata pozzo freddo, e ceduto a un corpo a temperatura superiore, detto pozzo caldo. Nella fase di riscaldamento, la sorgente fredda è quella esterna, mentre in modalità raffrescamento il calore è prelevato da quella interna.
Possiamo suddividere il processo in 4 fasi principali:
- Espansione: il refrigerante passa attraverso una valvola di espansione attraverso cui diminuisce la propria pressione e temperatura
- Evaporazione: il refrigerante evapora utilizzando, per il passaggio di stato, il calore presente nella sorgente fredda
- Compressione: la temperatura e la pressione del gas vengono innalzate nuovamente attraverso l’apporto di energia, generalmente elettrico
- Condensazione: il refrigerante cede il proprio calore alla sorgente interna attraverso un processo di condensazione
In ambito edilizio, la tipologia più diffusa è quella a compressione con motore elettrico, sebbene possiamo trovare anche pompe di calore a compressione azionate a gas o pompe ad assorbimento, in cui non è presente il compressore e l’azionamento può avvenire per cogenerazione o teleriscaldamento.
Le sorgenti esterne possono essere l’aria, l’acqua o il terreno, mentre quelle interne possono essere l’aria o l’acqua. A seconda della combinazione, possiamo distinguere tra diverse tipologie di pompa di calore, che si riassumiamo graficamente nella tabella a continuazione:
Vantaggi e svantaggi
Tra i principali vantaggi della pompa di calore possiamo elencare:
- Efficienza energetica: il rendimento delle pompe di calore, definito come il quoziente tra energia termica prodotta ed energia utilizzata, è elevato grazie al fatto di prelevare gratuitamente l’energia dall’ambiente esterno e alle basse temperature di funzionamento rispetto a sistemi tradizionali
- Emissioni ed energia rinnovabile: essendo azionate elettricamente, possono essere accoppiate a sistemi di produzione rinnovabile in-situ come pannelli fotovoltaici, e in ogni caso non rilasciano direttamente CO2 nell’atmosfera
- Flessibilità: l’impiego di pompe di calore può essere associato a diversi tipologie di impianti, come impianti ad acqua con pannelli radianti, fan coils o radiatori a bassa temperatura, ma anche impianti ad aria ad espansione diretta (split) o sistemi rooftop nel caso di edifici non residenziali
Tra gli svantaggi possiamo invece elencare:
- Investimento iniziale: il costo di una pompa di calore è nettamente superiore a quello di un generatore convenzionale a gas, anche a condensazione
- Spazio: spesso gli impianti a pompe di calore si compongono di diverse unità, esterne ed interne, per le quali è necessario prevedere appositi vani tecnici. Nel caso di prevedere radiatori come unità terminali, inoltre, questi dovranno avere una superficie di scambio maggiore ai radiatori convenzionali
- Prezzo del combustibile: l’elettricità ha attualmente un prezzo decisamente superiore al gas, e nel caso di consumi alti, l’utilizzo di una pompa di calore può risultare controproducente
- Necessità di un corretto dimensionamento: il rendimento delle pompe di calore è strettamente relazionato al funzionamento a carico parziale
Perché scegliere una pompa di calore
Dovremmo optare per una pompa di calore rispetto a una caldaia a condensazione quando:
- I fabbisogni energetici dell’edificio sono ridotti
- Le condizioni climatiche non sono particolarmente rigide
- Abbiamo bisogno di raffrescamento oltre che di riscaldamento
- Vogliamo ridurre le emissioni di CO2 e sfruttare la produzione di energia rinnovabile, come quella fotovoltaica, per la climatizzazione
- Vogliamo evitare processi di combustione e staccarci dalla rete del gas
- Nel caso di sistemi inerziali come i pannelli radianti, quando prevediamo un uso continuativo dell’edificio
Caldaia a condensazione: come funziona
Le caldaie a condensazione sono generatori termici a gas o biomassa che si differenziano dalle caldaie tradizionali per l’approfittamento del calore latente necessario al passaggio stato, da gas a liquido, dei vapori prodotti dalla combustione, con un conseguente miglioramento dell’efficienza energetica. Affinché avvenga la condensazione, è necessario che le temperature dei fumi non siano troppo elevate, in genere inferiori ai 60 ºC, con dunque una riduzione della capacità termica che siamo in grado di apportare all’ambiente.
Vantaggi e svantaggi
Tra i principali vantaggi della caldaie a condensazione possiamo elencare:
- Efficienza energetica: il rendimento è maggiore rispetto alle caldaie tradizionali, ma rimane comunque nettamente inferiore a quello di una pompa di calore
- Investimento iniziale: il costo di una caldaia è nettamente inferiore a quello di una pompa di calore
- Prezzo del combustibile: il gas o la biomassa sono più economici rispetto all’elettricità
- Spazio: la necessità di spazio è limitata rispetto alle pompe di calore
Tra i principali svantaggi possiamo invece elencare:
- Emissioni e combustione: l’energia viene prodotta attraverso la combustione, con la conseguente emissione di polveri sottili
- Possibilità di apportare solo riscaldamento: nel caso in cui abbiamo bisogno di raffrescare l’ambiente, è necessario prevedere un sistema ausiliario
Perché scegliere una caldaia a condensazione
Dovremmo optare per una caldaia a condensazione rispetto a una pompa di calore solamente quando:
- I fabbisogni energetici dell’edificio sono alti
- Le condizioni climatiche sono particolarmente rigide tali da penalizzare oltremodo l’efficienza stagionale della pompa di calore
- Il budget economico è limitato
In tutti gli altri casi è preferibile optare per generatori a pompa di calore.
Differenza tra riscaldamento con caldaia a condensazione e riscaldamento con pompa di calore
Come abbiamo visto, pompa di calore e caldaia a condensazione presentano vantaggi e svantaggi che occorre valutare a seconda dei casi. Vediamo a continuazione un riassunto delle principali differenze.
Efficienza energetica
Una delle differenze principali tra pompa di calore e caldaia a condensazione risiede nell’efficienza energetica: sebbene l’approfittamento del calore latente della condensazione permetta di ottenere rendimenti superiori alle caldaie convenzionali, nel caso delle pompe di calore il Coefficient of Performance (COP) è decisamente più alto.
Nella tabella a continuazione si riportano i COP di riferimento per caldaia standard, caldaia a condensazione e le diverse tipologie di pompa di calore. I rendimenti più alti si ottengono con l’approfittamento dell’energia geotermica, ma l’installazione di impianti di questo tipo è spesso molto costosa.
Un COP uguale a 0,9 significa che per 1 kWh prodotto vengono utilizzati 1,1 kWh di energia. Un COP uguale a 3, invece, significa che per 1 kWh prodotto vengono utilizzati 0,3 kWh di energia.
Va detto che nel caso delle pompe di calore assumono notevole importanza le curve di rendimento (che definiscono il valore di un parametro in funzione di un altro), in particolare:
- COP in funzione della temperatura esterna
- Potenza in funzione della temperatura esterna
- COP in funzione del carico parziale
È dunque imprescindibile dimensionare correttamente i generatori.
Sostenibilità
La maggior parte delle pompe di calore utilizza come fonte di energia l’elettricità, con un’assenza di emissioni dirette all’atmosfera di anidride carbonica e prodotti della combustione. È dunque da un punto di vista medioambientale preferibile l’impiego di questa tecnologia rispetto a sistemi tradizionali come caldaie a gas o biomassa.
A questo va aggiunta la possibilità di integrare nel sistema di produzione un impianto a energia rinnovabile come ad esempio dei pannelli fotovoltaici.
Convenienza economica
Un aspetto non secondario e che spesso fa propendere per l’impiego di caldaie a condensazione è l’investimento iniziale, molto inferiore rispetto alle pompe di calore.
A ciò va aggiunto il prezzo del combustibile, decisamente maggiore nel caso dell’elettricità, per cui al di sotto di un certo COP la pompa di calore cessa di essere un’opzione conveniente.
Ristrutturazione con sostituzione generatore esistente
Quando interveniamo su un edificio esistente in cui è già presente un impianto a radiatori convenzionale e decidiamo di sostituire solo il generatore, dobbiamo verificare che, se la potenza termica che siamo in grado di apportare si riduce a seguito di temperature di esercizio inferiori, questa sia sufficiente a soddisfare i fabbisogni energetici e a garantire il comfort termico dell’ambiente.
Se infatti nel radiatore prima circolava acqua a 75 ºC e adesso a 35 ºC, il calore scambiato con l’ambiente, a parità di superficie, sarà inferiore: è questo il motivo per cui i radiatori a bassa temperatura presentano una superficie di scambio maggiore rispetto ai termosifoni tradizionali.
Va precisato però che:
- le potenze nominali delle unità terminali sono generalmente sovradimensionate rispetto ai carichi termici, con un margine di sicurezza spesso sufficiente a compensare uno scambio termico inferiore.
- I carichi termici, se si interviene sull’involucro edilizio, vengono ridotti, per cui la potenza necessaria a coprire i fabbisogni diminuisce
In questi casi, si può applicare la seguente formula per calcolare la riduzione della potenza termica del termosifone.
Pr = Pn * (Δt /50)⅓
Dove:
Pr: potenza resa
Pn: potenza nominale
Δt: salto termico tra temperatura media del fluido e temperatura ambiente
(m/s)
Parallelamente, occorrerà calcolare i fabbisogni e le potenze termiche richieste e verificare che queste siano inferiori a quelle ottenibili dai radiatori.
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