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Casa clima
RISCALDAMENTO: le pompe di calore
Una pompa di calore è un dispositivo che estrae energia termica da una sorgente a bassa temperatura e la rende disponibile, sempre sotto forma di energia termica, ad una temperatura più alta. Insomma è una macchina concettualmente simile ai frigoriferi o ai condizionatori, ma che svolge la funzione opposta: invece di generare freddo ed espellere calore di scarto, le pompe di calore generano caldo e raffreddano l'ambiente esterno.
Il rendimento di simile macchine si misura come rapporto tra l'energia (in genere elettrica) consumata per il funzionamento e l'energia termica (riscaldamento) portata all'interno degli ambienti da riscaldare. In inglese questo rendimento si definisce coefficient of performance, da cui la sigla tecnica “c.o.p.”. Ebbene il rendimento, cop, di un buon impianto di pompa di calore raggiunge e supera il valore di 3: se la macchina consuma 1 chilowattora di elettricità, apporta almeno 3 chilowattora di calore nei locali abitati. Per questa ragione viene considerata una tecnologia di grande interesse, da almeno una cinquantina d'anni. Come mai una tecnologia in grado di triplicare il rendimento dei sistemi di riscaldamento non si è diffusa in tutte le abitazioni? Essenzialmente per due ragioni: il costo più elevato rispetto alle caldaie tradizionali e la maggior complessità nella progettazione dell'impianto di riscaldamento. Il costo è ormai di poco superiore e pienamente recuperabile in pochi anni grazie agli elevati risparmi sui combustibili (gasolio o metano) usati per il riscaldamento. Rimane una maggior complessità nella progettazione. Vediamone le ragioni, rispondendo all'interrogativo: a chi conviene e come conviene applicare il riscaldamento con pompe di calore? Piccoli impianti aria – aria. E' il caso dell'85% delle pompe di calore vendute in Italia, è l'impianto più semplice, relativamente meno costoso e che consente di essere facilmente installato in uno o più locali di normali abitazioni. Si tratta essenzialmente di un condizionatore d'aria reversibile, in genere modello split, appena più costoso e, in genere, più efficiente, in grado di raffrescare l'aria dell'abitazione in estate e svolgere la funzione di pompa di calore ai primi freddi e in primavera. Consistono in uno o più apparecchi posti all'esterno dell'abitazione, con uno scambiatore di calore e un compressore, collegati a dispositivi interni dotati di scambiatori di calore in grado di trasferire all'aria di casa calorie in inverno e “frigorie” in estate. In genere viene installato come integrazione dell'impianto convenzionale di riscaldamento per tutti coloro che decidono di installare il condizionamento dell'aria (vedi scheda) con un sovra costo di installazione assai contenuto. Ma si tratta in genere di impianti con rendimenti modesti e soprattutto variabili: alti solo quando la temperatura esterna è ancora mite e sino al limite dei 5 gradi di temperatura. Si risparmia sul metano e sul gasolio, ma si paga salato sulla bolletta elettrica: tanto per cominciare si deve rinunciare al contatore e alle tariffe elettriche base, quelle meno care e vincolate ai 3 KW di potenza massima. Impianti dotati di sistema di circolazione forzata dell'aria in tutto l'appartamento, con recupero di calore sull'aria in uscita. In questo caso la pompa di calore, di potenza in genere maggiore, capace di riscaldare una villa o un condominio, lavora in realtà sulla differenza di temperatura tra l'aria in entrata e quella in uscita, quindi in condizioni di massima efficienza. L'impianto è decisamente più costoso perché richiede la progettazione, l'installazione di condotte e di sistemi di controllo e regolazione della temperatura dell'aria nei diversi locali, a tutto vantaggio però del comfort e dell'efficienza. Pompa di calore acqua - acqua o terra - acqua. Per garantire alla pompa di calore di lavorare sempre tra due intervalli di temperatura costanti e alla massima efficienza, si ricorre all'acqua di serbatoi naturali come i fiumi, i laghi, la falda sotterranea. Lo scambiatore di calore dal quale la pompa assorbe calore viene alimentato da acqua a temperatura costante e restituita soltanto un po' più fredda ai corpi idrici di provenienza. Qualora l'acqua non sia disponibile, si predispone una rete di tubazioni interrate a un metro o un metro e mezzo, in modo da non risentire delle variazioni stagionali, ma mantenere i benefici effetti della radiazione solare, all'interno della quale scorre l'acqua raffreddata dall'impianto. Per evitare che il terreno circostante i tubi si raffreddi progressivamente occorre disporre di un'area vasta almeno due o tre volta la superficie da riscaldare. Non basta. Per trarre davvero beneficio, l'impianto di riscaldamento dell'abitazione deve essere a bassa temperatura (pannelli o superfici radianti da pavimento o pareti, come da scheda a parte). In questo modo si possono ottenere risparmi energetici ed economici pari anche al 60 – 70% rispetto ad un impianto di riscaldamento tradizionale. Impianti di tale natura sono ormai installati normalmente anche in Italia, dovunque ci si trovi in prossimità di serbatoi naturali di acqua o si disponga di vaste superfici di terreno. Alcune grandi imprese di produzione di caldaie propongono moduli, anche per ville unifamiliari, di pompe di calore con scambiatori d'acqua o sul terreno (geotermiche). Pompe di calore + collettori solari. E' stata Merloni (con marchio Ariston) la prima al mondo a proporre quarant'anni fa il primo modulo abbinato tra collettore solare che riscalda l'acqua, serbatoio d'accumulo giornaliero e pompa di calore per riscaldare ulteriormente l'acqua quando il sole non fosse sufficiente. Oggi alcune aziende (come la tedesca Buderus o le italiane Costruzioni solari e Bsg Caldaie) costruiscono serbatoi di accumulo di acqua con pompe di calore, predisposti per essere integrati a diversi impianti di sfruttamento di energie rinnovabili (biomasse, geotermico, solare). A sua volta l'elettricità necessaria alla pompa di calore può essere ricavata da pannelli elettrosolari o fotovoltaici. Alla luce di tutti questi esempi di impianti, si comprende bene che, per sfruttare a pieno i vantaggi della tecnologia delle pompe di calore, si deve far ricorso ad una maggiore complessità del progetto di climatizzazione: si deve tener conto dell'orientamento e dell'isolamento dell'edificio, del sistema di distribuzione e regolazione del riscaldamento, della disponibilità di energie rinnovabili. Solo a queste condizioni il vantaggio economico e ambientale è assicurato. I critici di questa tecnologia, fanno poi osservare che il risparmio di metano o gasolio avviene a scapito di un aumento considerevole del consumo di elettricità, che a sua volta viene prodotta, con bassi rendimenti, in centrali inquinanti ed alimentate da petrolio e carbone. Ma per chi non volesse ricorre all'elettricità, si sta affermando le pompe di calore a gas (o ad assorbimento). In questi impianti la funzione di compressione è sostituita da una caldaia di evaporazione alimentata a metano: i rendimenti dell'impianto sono leggermente inferiori delle pompe di calore elettriche, ma si ha l'enorme vantaggio di evitare le perdite di produzione e distribuzione dell'energia elettrica. Una delle prime imprese al mondo a produrre questo tipo di pompe per impianti di riscaldamento è italiana (la Robur). Sempre la Robur ha annunciato un impianto a gas alimentato anche a collettori solari: peccato che l'Italia non sappia sfruttare le innovazioni che la propria industria ha saputo sviluppare. Purtroppo questo tipo di impianto è più caro e ha taglie minime adatte ad una palazzina. In compenso può alimentare anche il condizionamento estivo, prevede un consumo di elettricità 7 volte inferiore e quindi un costo energetico decisamente inferiore rispetto ad un impianto tradizionale. Inoltre, le pompe di calore a gas, prevedono minori spese di manutenzione e un decadimento meccanico dell'impianto minore e durano di più. Il ciclo frigorifero non prevede più gas pericolosi (Cfc e Hcfc, che provocano il buco dell'ozono, sono banditi in Europa su tutti i nuovi impianti), ma solo acqua e ammoniaca (vedi anche la scheda sul raffrescamento solare).
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