.Una pompa di calore che trasferisce all’acqua del sistema l’energia recuperata dalla terra, dall’aria o dall’acqua disponibili nell’ambiente esterno. Questa energia viene utilizzata per riscaldare, raffreddare l’ambiente e produrre acqua calda sanitaria.

Sono quattro le fasi che compongono il ciclo termodinamico del fluido frigorigeno all’interno di una pompa di calore: compressione, condensazione, espansione ed evaporazione. Nella fase di compressione del fluido – allo stato gassoso – aumenta di pressione e di temperatura assorbendo calore. Nella fase successiva passa attraverso un condensatore e il calore viene ceduto all’acqua o all’aria utilizzati come vettori per il riscaldamento degli ambienti o dell’acqua calda sanitaria. Nella terza fase, il fluido – tornato liquido – attraversa una valvola di espansione (processo di lamionazione) che provoca una riduzione di pressione e di temperatura. Infine, nella quarta e ultima fase, quella di evaporazione, passa allo stato di vapore assorbendo energia dalla sorgente termica.L’apporto energetico riguarda essenzialmente la corrente elettrica necessaria per il funzionamento del compressore, ma nel complesso il sistema è in grado di fornire più energia (sotto forma di calore) di quanta ne consuma.

L’ambiente è ricco di energia. In teoria, bisogna raggiungere lo zero assoluto (-273,15ºC) per eliminare anche l’ultimo residuo di energia. Con l’aiuto di una pompa di calore, una parte di quest’energia naturale può essere raccolta e trasformata per ottenere acqua calda sanitaria e calore.

Anche in termini economici, l’installazione di questo tipo di impianto risulta conveniente: l’energia termica può essere estratta anche a temperatura al di sotto dei -15ºC. In media, nell’arco di un anno, il ritorno di energia naturale a costo zero sarà pari a circa la metà dei normali costi di riscaldamento.

L’energia ricavabile gratuitamente dall’ambiente fornisce circa il 75% dell’energia richiesta da una pompa di calore. Con l’integrazione di solo il 25% di energia esterna (solitamente energia elettrica), si raggiunge il 100% del fabbisogno del sistema di riscaldamento. L’energia può essere estratta dall’aria esterna, dall’acqua (sia essa di falda, di fiume o di lago) e dal suolo, attraverso scambiatori di calore. Questo calore entra quindi nel ciclo della pompa di calore, dove è portato a un livello di temperatura idoneo alle esigenze di riscaldamento.

L’efficienza di una pompa di calore elettrica è misurata dal coefficiente di prestazione “C.O.P.” che è il rapporto tra energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare) ed energia elettrica consumata.

La pompa di calore recupera circa il 75% dell’energia di cui necessita dall’ambiente (aria, acqua, terra). Questo vuol dire che per 1 kWh di energia elettrica consumato, fornirà 2,5 kWh di calore al mezzo da riscaldare. Il C.O.P. è variabile a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento.

Queste pompe di calore sono in grado di recuperare l’energia ambientale presente nel suolo secondo due modalità: orizzontale e verticale.

Recupero dell'energia dal suolo attraverso sonde orizzontali

Un collettore geotermico posato orizzontalmente in giardino (serpentine orizzontali in materia sintetica PE posati nel terreno ad una profondità di ca. 1,2-1,5 m) assorbe il calore dalla terra e lo trasmette ad un liquido termovettore (acqua glicolata). Questo liquido giunge quindi alla pompa di calore che, in funzionamento invernale, assorbe il calore contenuto nell’acqua per cederlo, attraverso il circuito frigorifero, all’impianto interno dell’abitazione (attraverso i termosifoni, ventilconvettori o pannelli o radianti). Questo sistema necessita di una superficie di terreno da due a tre volte la grandezza della superficie da riscaldare.

Recupero dell'energia dal suolo attraverso sonde verticali

Il principio di funzionamento della sonda geotermica è analogo a quello dei collettori geotermici interrati in una superficie orizzontale. Ad una profondità di 30-100 m si inseriscono sonde geotermiche, costituite da uno o più tubi in materiale sintetico, attraverso le quali fluisce acqua glicolata. Le sonde geotermiche verticali richiedono spazio ridotto. La capacità di assorbimento varia in funzione delle caratteristiche del terreno e si situa tra 30 e 100 Watt per metro di sonda geotermica.

L’energia può essere recuperata dall’acqua, sfruttando il calore naturale di laghi, pozzi e falde. In particolare, l’acqua freatica presenta condizioni ideali per una pompa di calore in quanto ha la capacità di accumulare il calore del sole per un lungo periodo e mantiene temperature generalmente costanti di 9-12° C.

Con tali temperature le pompe di calore offrono prestazioni migliori (e quindi costi di esercizio minori) rispetto a quelle basate sul principio delle sonde geotermiche. Questo il funzionamento. Mediante una pompa d’alimentazione si preleva dell’acqua freatica che viene condotta alla pompa di calore che ne recupera il calore. Un pozzo assorbente riconduce poi l’acqua alla falda freatica. La distanza tra pozzo d’alimentazione e pozzo assorbente deve essere di almeno 10 m (impedimento dei corti circuiti). I volumi disponibili e la qualità dell’acqua vanno appurati precedentemente con prove di pompaggio.

La soluzione con il più vasto campo di applicazione resta comunque quella basata sul recupero dell’energia ambientale dell’aria esterna. L’aria esterna è infatti sempre disponibile e non presenta vincoli. I benefici di questo sistema si traducono quindi in semplicità di installazione, dato che è sufficiente una macchina esterna in grado di recuperare il calore presente nell’aria con conseguente contenimento dei costi di impianto. Inoltre le attuali pompe di calore ad aria presentano delle efficienze energetiche molto elevate anche a temperature molto rigide.

I moderni impianti di pompe di calore ad energia elettrica che sfruttano l’energia accumulata nell’ambiente presentano dei netti vantaggi in relazione al bilancio ecologico e dei costi annuali dell’energia persino rispetto ai più efficaci impianti di riscaldamento a gas o altro combustibile.

• Risparmio energetico grazie allo sfruttamento dell’energia accumulata dall’ambiente
• Riduzione delle emissioni di CO2
• Utilizzo solo di energia elettrica che sempre più in futuro, verrà prodotta attraverso fonti alternative
• Affidabilità di funzionamento e ridotta manutenzione
• Nessuna espulsione di gas combustibili, per cui assenza di camino e di controlli periodici sulle emissioni in ambiente

In un sistema ibrido, l’insieme pompa di calore/caldaia a condensazione viene definito sistema ibrido in quanto vengono utilizzate due diverse fonti di energia: la caldaia a condensazione produce calore tramite la combustione di gas combustibile, mentre la pompa di calore recupera il calore dall’aria atmosferico utilizzando energia elettrica per svolgere questa funzione. Il sistema ibrido con pompa di calore (o pompa di calore ibrida) permette di sfruttare al meglio i vantaggi di entrambe le tecnologie: la pompa di calore e la caldaia a condensazione sono integrate controllate da un sistema di regolazione intelligente, che regola il funzionamento dei due generatori in base alle condizioni climatiche esterne. Generalmente la pompa di calore dà il meglio di sé in climi temperati, mentre per climi molto freddi è utile l’intervento della caldaia a condensazione. Nel sistema ibrido (o pompa di calore ibrida), il dispositivo di regolazione è in grado di attivare solo la pompa di calore, solo la caldaia a condensazione, o entrambi i due generatori contemporaneamente, sulla base delle condizioni climatiche e della funzione richiesta. È importante dunque l’impostazione della logica di controllo del sistema: per esempio, fino a una certa temperatura esterna può essere conveniente fa funzionare solo la pompa di calore, se però la temperatura esterna si abbassa può intervenire anche la caldaia a potenza ridotta e se si abbassa ulteriormente, la caldaia interviene a piena potenza e l’apporto della pompa di calore diventa residuale. L’obiettivo è quello di far lavorare il sistema ibrido con pompa di calore costantemente nelle condizioni di maggiore efficienza.

Oltre al risparmio energetico ottenuto dall’ambivalenza funzionale della pompa di calore ibrida, un altro vantaggio non trascurabile è rappresentato dalla disponibilità di due diversi generatori: qualora uno dei due dovesse avare un’anomalia di funzionamento, c’è sempre a disposizione un secondo su cui contare fino all’intervento degli addetti dell’assistenza tecnica. Per comprendere al meglio il funzionamento di un sistema ibrido con pompa di calore è interessante il parallelo con le automobili ibride: esse sono azionate da un motore endotermico unitamente ad un motore elettrico e anche in questo caso la logica di funzionamento fa intervenire l’uno o l’altro o insieme se sono richieste prestazioni particolarmente impegnative. È utile sapere che i sistemi

ibridi con pompa di calore (pompa di calore ibrida) possono usufruire degli incentivi quali conto termico, ecobonus 50% e 65% e anche del superbonus 110%. Nel caso del Superbonus i sistemi ibridi con pompa di calore possono contribuire attivamente al salto delle due classi energetiche.