Sostituzione Caldaia con Pompa di Calore negli Edifici Esistenti: Dimensionamento, Radiatori, R290 e Punto di Bivalenza
- Sommario
Analisi dei flussi energetici, dimensionamento e integrazione. 3
Full-Electric in Classe F. 3
1. Introduzione: verso il cambio energetico. 3
2. Lo scambio termico dei terminali esistenti 3
1.1 Analisi dei Flussi Termici e Requisiti dell'Involucro. 3
1.2 Terminali a Bassa Temperatura (Radiante) 3
1.3 Terminali ad Alta Temperatura (Radiatori in Ghisa/Acciaio) 3
1.3.1 La Formula di Resa Termica. 4
1.3.2 Analisi del Decadimento della Potenza. 4
2 L’alternativa ai radiatori: i ventilconvettori 5
2.1 Caratteristiche Tecniche e Costruttive. 5
2.2 Temperature di Funzionamento e Prestazioni 5
2.3 Infrastrutture di Supporto e Criticità Installative. 6
2.3.1 Gestione della Condensa: Scarico a Gravità vs Pompaggio. 6
2.3.2 Alimentazione Elettrica e Sicurezza. 6
2.3.3 Bilanciamento Idraulico e Portate. 6
2.3.4 Analisi Termodinamica della Resa con ΔT= 10 K. 7
2.3.5 Il Calcolo della Potenza Emessa. 7
2.3.6 Tabella Comparativa della Resa. 7
2.4 Analisi dei Limiti Operativi e Fluido-dinamici 8
2.4.1 Limiti Costruttivi e Portate Minime. 8
2.4.2 Impatto sul Ciclo Frigorifero e COP. 8
2.4.3 Logica di Modulazione della Pompa (Inverter) 8
3 Il refrigerante R290 (Propano) e i limiti operativi 9
3.1 Analisi Tecnica del Refrigerante R290 (Propano) 9
3.2 Vantaggi Termodinamici e Temperature di Mandata. 9
3.3 Gestione del Delta T e Portate. 9
3.4 Sicurezza e Vincoli di Installazione (Classificazione A3) 9
3.4.1 Sintesi Tecnica per la Riqualificazione con R290. 10
4 Dimensionamento e Punto di Bivalenza. 10
4.1 Analisi Analitica del Punto di Bivalenza. 10
4.1.1 Definizione e Tipologie. 10
4.1.2 Metodologia di Calcolo. 10
4.1.3 Fattori che influenzano il punto di bivalenza. 10
4.2 Integrazione del Fenomeno del Defrost nell'Analisi della Potenza. 11
4.2.1 Fattore di Correzione per Sbrinamento (f_d) 11
4.2.2 Impatto sul Punto di Bivalenza e Integrazione Elettrica. 11
4.2.3 Analisi dei Flussi di Calore durante il Ciclo. 11
4.3 Reperibilità e Analisi dei Dati di Sbrinamento. 12
4.3.1 Dove trovare i dati: Documentazione Tecnica vs Commerciale. 12
4.3.2 Standard Normativi e Requisiti di Fornitura. 12
4.3.3 Calcolo Empirico in Assenza di Dati (Analisi Cautelativa) 12
4.4 Struttura e Analisi delle Tabelle Prestazionali 13
4.4.1 Le Condizioni Nominali (Standard UNI EN 14511) 13
4.4.2 Analisi della Tabella Estesa (Performance Map) 13
4.4.3 Tabelle a Carico Parziale (UNI EN 14825) 14
5 Case Study Analitico – Punto di Bivalenza e Sbrinamenti 14
5.1 Calcolo del Carico Termico (Φreq) 14
5.2 Confronto Prestazionale Integrata (Inclusi Sbrinamenti) 14
5.3 Analisi del Punto di Bivalenza. 15
5.3.1 Sintesi Operativa Finale. 15
5.4 Analisi dei Criteri di Dimensionamento. 15
5.4.1 Perchè NON dimensionare sul Carico Massimo (100% Φpro) 15
5.4.2 La scelta del Punto di Bivalenza Ottimale. 15
5.4.3 Fattori Determinanti per la Taglia. 15
5.5 Dimensionamento strategico e Punto di Bivalenza. 16
5.5.1 Schema Impiantistico Necessario. 16
5.6 Analisi Economica dei Consumi Energetici 17
5.6.1 Fabbisogno Energia per Riscaldamento (Q_h) 17
5.6.2 Fabbisogno Energia per ACS (Qacs) 17
5.6.3 Calcolo dei Costi in Bolletta. 17
6 Analisi Economica: Scenario Full-Electric + FV + Accumulo. 18
6.1 Analisi dei Consumi e Costi Annui (Opex) 18
6.2 Tempo di Ritorno dell'Investimento (ROI) 18
6.2.1 Schema Riassuntivo. 19
7 Analisi Energetica Full Electric + FV + Accumulo. 19
7.1 Dimensionamento Impianto (Ad hoc) 19
7.2 Analisi dell'Investimento (Capex) 19
7.3 Analisi dei Costi Annui (Opex) 19
7.4 Tempo di Ritorno (ROI) 19
7.4.1 Schema Riassuntivo. 20
Verso l'Elettrificazione: Guida Tecnica alla Sostituzione della Caldaia con Pompa di Calore in Edifici Esistenti
Analisi dei flussi energetici, dimensionamento e integrazione
Full-Electric in Classe F
A cura dell’Ing. Francesco De Luca - Ingegnere Termotecnico Esperto
La transizione verso sistemi a pompa di calore (PdC) in edifici esistenti, tipicamente in Classe F o in classi G, rappresenta una sfida ingegneristica che richiede un’analisi sistemica. Non si tratta di una semplice sostituzione di un generatore, ma della riprogettazione dell'interfaccia edificio-impianto. La pompa di calore aria-acqua è una macchina termodinamica la cui efficienza, espressa dal COP (Coefficient of Performance), è strettamente legata al salto termico tra la sorgente esterna (in genere aria) e la temperatura di mandata dell'acqua all’interno dell’impianto di riscaldamento (\Delta T).
COP = \eta_C · /Tcond{Tcond - Tevap
Dove Tcond è la temperatura di condensazione (mandata impianto) e Tevap quella di evaporazione. È evidente che all'aumentare della temperatura di mandata, il COP diminuisce drasticamente.
- Punto Critico: In edifici non isolati (classe G o F), il fabbisogno termico è elevato (W/m2 > 100). Per soddisfare tale carico con radiatori esistenti, è necessaria una temperatura di mandata di 65-70\°C, portando la PdC a operare in condizioni di bassa efficienza e rischio di blocco per temperature esterne rigide.
- Vantaggi: Operano con temperature di mandata tra 30\°C e 40\°C. Ciò garantisce COP stagionali (SCOP) elevati, spesso superiori a 4.5.
- Inerzia: L'elevata inerzia termica del massetto favorisce l'integrazione con il fotovoltaico, permettendo di "stoccare" energia termica durante le ore di picco solare.
- Sovradimensionamento dei Radiatori: Molti impianti datati sono stati dimensionati con criteri cautelativi. Se l'edificio ha subito interventi di efficientamento parziale (es. sostituzione infissi), i radiatori esistenti potrebbero funzionare efficacemente anche a 50-55°C.
- PdC per Alta Temperatura: Esistono macchine con refrigeranti naturali (R290 - Propano) che raggiungono i 75°C con buone prestazioni, ma il costo di investimento è superiore.
Q = Qn · ( ΔTm / ΔTn )n
La potenza termica emessa da un corpo scaldante non varia in modo lineare con la temperatura, ma segue una legge di potenza definita dalla norma UNI EN 442. La potenza emessa Q è funzione del salto termico logaritmico (ΔTlog) ma per semplicità di calcolo professionale si utilizza spesso il salto termico medio (ΔTm):
Q = Qn · ( ΔTm / ΔTn )n
Dove:
- Qn: Potenza nominale del radiatore (calcolata solitamente a ΔT= 50 K secondo EN 442, ovvero 75/65/20°C).
- ΔTm: Salto termico effettivo tra la temperatura media del radiatore e l'aria ambiente.
- n: Esponente caratteristico del radiatore (tipicamente 1.3 per radiatori a piastre o ghisa, fino a 1.4 per tubolari).
| Mandata/Ritorno [∘C] | ΔTm [K] | Resa Percentuale | Potenza Effettiva [W] |
|---|---|---|---|
| 75 / 65 (Nominale) | 50 | 100% | 1000 |
| 65 / 55 (Standard) | 40 | 75% | 750 |
| 55 / 45 (PdC High Temp) | 30 | 51% | 510 |
| 45 / 35 (PdC Ottimale) | 20 | 30% | 300 |
Come si evince dalla tabella, alimentando un radiatore a 45°C (temperatura ideale per un COP elevato), la sua resa cala al 30% del valore nominale. Per compensare questo deficit senza intervenire sull'involucro, si hanno due strade:
- Aumento della superficie di scambio: Triplicare il numero di elementi (spesso fisicamente impossibile).
- Aumento della portata: Ridurre il salto termico tra mandata e ritorno (ΔT da 10K a 5K), ma questo comporta un aumento del diametro delle tubazioni per evitare eccessive perdite di carico e rumorosità (velocità del fluido > 0.5 m/s).
1.3.2.1Sintesi Tecnica e Valutazioni Operative
- Punto di Equilibrio: Il professionista deve calcolare se, a seguito di un isolamento parziale (es. insufflaggio o serramenti), il nuovo carico termico di progetto dell'ambiente è ≤ della resa del radiatore al nuovo ΔTm.
- Circolazione forzata: In molti casi, l'integrazione di valvole termostatiche elettroniche o l'aggiunta di ventole sottostanti il radiatore (fan-assist) può aumentare il coefficiente di scambio convettivo, migliorando la resa a basse temperature.
A differenza del radiatore, che scambia calore prevalentemente per radiazione (ca. 30-40%) e convezione naturale, il ventilconvettore utilizza uno scambio termico di tipo convettivo forzato. Un ventilconvettore moderno per uso residenziale deve possedere specifiche caratteristiche per integrarsi correttamente con una PdC:
- Motori EC (Electronically Commutated): A differenza dei vecchi motori a gradini, i motori inverter (brushless) permettono una modulazione continua della portata d'aria, riducendo i consumi elettrici (fino al 70%) e l'impatto acustico.
- Batterie di scambio a pacco alettato: Progettate con ranghi maggiorati per massimizzare lo scambio anche con fluidi a bassa densità energetica (acqua "tiepida").
- Filtrazione e deumidificazione: Dotati di vaschetta raccolta condensa, fondamentale per il funzionamento in raffrescamento estivo, vantaggio precluso ai radiatori.
| Regime di Funzionamento | Temp. Mandata [∘C] | Temp. Ritorno [∘C] | Note Tecniche |
|---|---|---|---|
| Riscaldamento Standard | 45 | 40 | Bilanciamento ottimale tra COP della PdC e comfort. |
| Riscaldamento Low Temp | 35 | 30 | Possibile solo con macchine sovradimensionate o inverter al massimo. |
| Raffrescamento | 7 | 12 | Standard per deumidificazione attiva. |
| Raffrescamento High | 15 | 20 | Raffrescamento sensibile (senza deumidificazione spinta). |
Il passaggio da radiatore a ventilconvettore sposta il limite operativo della PdC. Mentre un radiatore a 45°C perde il 70% della resa (come analizzato precedentemente), un ventilconvettore è nominalmente dimensionato per erogare la potenza di progetto proprio a quelle temperature.
Tuttavia, bisogna prestare attenzione alla potenza sonora: a basse temperature di mandata, la ventola dovrà girare a velocità maggiori per compensare il minor salto termico aria-acqua, aumentando i dB(A).
2.2.1.1Sintesi Operativa
- Interazione Involucro-Impianto: L'uso dei fan-coil permette di eliminare i ponti termici causati dalle nicchie sotto-finestra tipiche dei radiatori (previa coibentazione della nicchia stessa).
- Dimensionamento: È fondamentale richiedere le tabelle di resa del produttore a 45/40°C. Non ci si può basare sulla potenza nominale dichiarata a 70°C.
- Schema Idraulico: Obbligatorio prevedere un sistema di regolazione (termostati evoluti o integrazione BACS) che gestisca la velocità della ventola in funzione del set-point ambiente.
Mentre il radiatore è un componente puramente idraulico e passivo, il ventilconvettore è un'unità elettro-meccanica attiva. Il funzionamento estivo (raffrescamento) porta la superficie della batteria al di sotto del punto di rugiada dell'aria ambiente, generando condensa.
- Scarico a Gravità: È la soluzione preferibile per affidabilità e assenza di rumore. Richiede una pendenza minima del 1% (1 cm per metro). In un revamping, questo è il punto critico: le tracce nei muri per i tubi dell'acqua esistenti raramente hanno la pendenza o il diametro (≥16 mm) necessario per lo scarico.
- Pompe di Evacuazione Condensa: Se la pendenza non è realizzabile, si ricorre a micro-pompe a bordo macchina.
- Criticità: Rumorosità (vibrazioni elettromagnetiche) e rischio di intasamento dovuto a biofilm o polvere (necessitano di manutenzione annuale).
- Sifonamento: È obbligatorio sifonare ogni scarico per evitare il rientro di cattivi odori, specialmente se collegati alla rete dei reflui bianchi o neri.
- Assorbimenti: I moderni motori EC hanno assorbimenti ridotti (da 10 W a 50 W per unità residenziali), ma lo spunto e la somma delle unità richiedono una linea dedicata protetta.
- Coordinamento con l'Impianto Elettrico: Ai sensi del DM 37/08, l'installazione richiede l'integrazione del certificato di conformità elettrica. È necessario prevedere un interruttore bipolare di prossimità per la manutenzione in sicurezza del ventilatore.
- Verifica delle Tubazioni: Bisogna accertarsi che le dorsali esistenti (spesso in rame o multistrato di piccolo diametro) non generino perdite di carico eccessive o rumorosità dovuta all'alta velocità del fluido (v > 0.8 m/s).
2.3.3.1Sintesi dei Flussi Logici per la Posa in Opera
- Posa Meccanica: Verificare la planarità della vaschetta condensa (una macchina inclinata verso il lato opposto allo scarico causerà traboccamenti e muffe).
- Isolamento Idraulico: Tutte le tubazioni e i raccordi (valvole incluse) devono essere coibentati con materiale a celle chiuse per evitare condense interstiziali in modalità estiva.
- Schema Elettrico: Prevedere un comando remoto o integrazione nel sistema domotico (BACS) per evitare conflitti tra termostato ambiente e logica della PdC.
Q = K · A · ΔTln
Dove:
- K è il coefficiente di scambio globale.
- A è la superficie di scambio della batteria alettata.
- ΔTln è la differenza media logaritmica di temperatura tra i due fluidi (acqua e aria).
| Regime (Tmand/Trit) | ΔTacqua | Tmedia | ΔTm (aria 20°C) | Resa Stimata | Potenza [W] |
|---|---|---|---|---|---|
| 45 / 40 °C | 5 K | 42.5 °C | 22.5 K | 100% | 2000 |
| 45 / 35 °C | 10 K | 40.0°C | 20.0 K | ≈88% | 1760 |
| 40 / 30 °C | 10 K | 35.0°C | 15.0 K | ≈65% | 1300 |
- Perdita di Efficienza: Aumentare il ΔT a 10K (mantenendo la mandata fissa) riduce la resa di circa il 10-12%. Questo accade perché la parte finale della batteria lavora con acqua molto vicina alla temperatura dell'aria ambiente, rendendo meno efficace lo scambio.
- Vantaggio Idraulico: Il grande vantaggio di lavorare a ΔT = 10 K è il dimezzamento della portata d'acqua richiesta m· = Q / (cp · ΔT). Questo permette di utilizzare le vecchie tubazioni dei radiatori senza incorrere in perdite di carico eccessive o cavitazione nelle valvole.
2.3.6.1Sintesi Tecnica per il Dimensionamento
- Punto di Lavoro: Per un impianto a Pompa di Calore, il ΔT = 10 K è spesso un compromesso necessario per riutilizzare dorsali esistenti. In questo caso, il professionista deve sovradimensionare la taglia del fancoil (es. passare da una taglia 2 a una 3) per compensare la perdita di resa termica.
- Logica di Controllo: Con ΔT elevati, è essenziale che il fancoil sia dotato di valvola a 3 vie modulante o che la pompa della PdC sia a giri variabili, per evitare che la temperatura di ritorno scenda troppo, penalizzando il COP della macchina.
- Protezione dello Scambiatore: Le PdC moderne monitorano costantemente la portata tramite un flussostato. Lavorare con un ΔT di 10K significa dimezzare la portata d'acqua rispetto a un ΔT di 5K. Se la portata scende sotto il limite minimo di sicurezza impostato dal produttore, la macchina va in blocco per scarsa circolazione.
- Scambiatori a Piastre: Questi componenti sono progettati per regimi turbolenti. Una portata eccessivamente ridotta (tipica dei ΔT elevati) può innescare un regime laminare, riducendo drasticamente l'efficienza dello scambio termico e aumentando il rischio di ghiacciamento localizzato.
- Sottoraffreddamento: Un ritorno molto freddo (35°C) può favorire il sottoraffreddamento del liquido, migliorando in teoria l'effetto frigorifero. Tuttavia, se il compressore non è progettato per gestire queste ampie escursioni termiche sulla piastra, si rischia un'instabilità della valvola di espansione elettronica (EEV).
- Pompe ad Alta Temperatura (R290): Le PdC a propano (R290) sono generalmente più tolleranti verso ΔT elevati, poiché progettate per operare in sostituzione di caldaie su impianti a radiatori.
- Controllo a ΔT costante: Alcune macchine permettono di impostare il ΔT desiderato da software. Se il manuale tecnico ammette il valore di 10K, la logica adeguerà la velocità del circolatore.
- Controllo a Prevalenza costante: Se la PdC è limitata a questa logica, imporre un ΔT elevato chiudendo le valvole o strozzando il circuito è pericoloso e inefficiente.
2.4.3.1Sintesi Tecnica: Cosa controllare
| Tipologia PdC | Adattabilità ΔT=10 K | Criticità |
|---|---|---|
| Monoblocco Standard | Bassa | Rischio blocco flussostato; ottimizzate per 5-7K. |
| Split / High Temp (R290) | Media / Alta | Progettate per radiatori; verificate esplicitamente i dati del produttore. |
| Sistemi Ibridi | Alta | La gestione è spesso delegata alla caldaia o a un separatore idraulico. |
Il propano è un idrocarburo con proprietà termodinamiche eccellenti, che lo rendono superiore ai gas sintetici (HFC come l'R32) in contesti di riqualificazione energetica. A differenza dei refrigeranti tradizionali, l'R290 permette di raggiungere temperature di mandata elevate senza stressare eccessivamente il compressore.
- Alte Temperature: Le PdC a R290 raggiungono agevolmente i 70-75 °C, rendendole compatibili con i radiatori in ghisa dimensionati per le vecchie caldaie.
- Efficienza a Basse Temperature Esterne: L'R290 mantiene un COP elevato anche con temperature esterne sotto lo zero, riducendo la dipendenza dalle resistenze elettriche di backup.
- GWP (Global Warming Potential) = 3: Dal punto di vista normativo, è la soluzione più sicura contro i futuri bandi dei gas F-Gas, garantendo la longevità dell'investimento.
- Compatibilità Idraulica: Essendo pensate per sostituire le caldaie, hanno scambiatori a piastre con passaggi più ampi che tollerano portate inferiori e salti termici più alti. Questo evita spesso di dover rifare le dorsali dell'edificio.
- Punto di Bivalenza: Grazie alle prestazioni del propano, il punto di bivalenza (temperatura esterna sotto la quale la PdC non copre più il carico) è molto più basso rispetto alle macchine a R32, rendendo superfluo l'allaccio al gas nel 90% dei casi residenziali.
- Piazzamento Esterno: Le PdC a R290 sono quasi esclusivamente monoblocco da esterno. È vietato l'uso in split con tubazioni cariche di gas che entrano in casa.
- Distanze di Rispetto: Devono essere rispettate distanze di sicurezza da pozzetti, finestre e scantinati per evitare che, in caso di fuga, il gas (più pesante dell'aria) si accumuli in zone pericolose.
- Carica di Gas: Generalmente, per le taglie residenziali (< 12-15 kW), la carica è limitata in modo da non ricadere in normative antincendio stringenti per locali tecnici, ma la valutazione del rischio rimane in capo al progettista.
- Terminali: Ideale per radiatori esistenti; permette di lavorare a 60-65 °C con COP accettabili.
- Idraulica: Supporta ΔT= 10 K, facilitando l'uso di tubazioni esistenti di piccolo diametro.
- Sicurezza: Verificare sempre la conformità della zona di installazione esterna rispetto alle zone di accumulo gas.
- Bivalente Parallelo: Oltre il punto di bivalenza, la PdC continua a funzionare e viene integrata da un generatore ausiliario (caldaia o resistenze elettriche).
- Bivalente Alternativo: Raggiunto il punto di bivalenza, la PdC si spegne e il carico viene interamente assunto dal generatore di backup (tipico di impianti con radiatori ad altissima temperatura).
- Curva del Carico Termico (Φreq):
- Curva di Prestazione della PdC (ΦPdC):
Φreq(Text) = Φpro · (Tint – Text)/ (Tint – Tpro)
Il punto di bivalenza si trova risolvendo per Text l'equazione:
ΦPdC(Text) = Φreq(Text)
- Umidità e Brina: Tra i +2°C e i -5°C, la resa della PdC subisce un calo dovuto ai cicli di sbrinamento (defrost), che devono essere considerati nel calcolo della potenza netta integrata.
- Scelta del Refrigerante: Come accennato, una macchina a R290 mantiene una curva di potenza molto più "piatta" e alta rispetto a una a R32, spostando il punto di bivalenza verso temperature molto più rigide (es. da -2°C a -7°C), riducendo drasticamente l'uso della caldaia.
4.1.3.1Sintesi dimensionamento e punto di bivalenza
- Sottodimensionamento: Un punto di bivalenza troppo alto (es. +5°C) causa un eccessivo intervento delle resistenze elettriche, annullando il risparmio energetico.
- Sovradimensionamento: Un punto di bivalenza molto inferiore alla Tpro porta a una PdC sovradimensionata che lavorerà male (molti cicli on-off) durante le mezze stagioni.
- Ottimizzazione: Per un ingegnere termotecnico, l'obiettivo è settare il punto di bivalenza in modo che la PdC copra tra il 80% e il 95% dell'energia termica annua totale (calcolo basato sui gradi giorno).
Φnetta = Φistantanea · f_d
- Valori tipici di fd: In condizioni di massima formazione di brina (Text ≈ ≈ 2°C e UR 85-90%), il fattore fd può variare tra 0.80 e 0.90. Ciò significa una perdita di potenza utile fino al 20%.
- Andamento Logico: Paradossalmente, a -10°C la macchina potrebbe sbrinare meno che a +2°C perché l'aria fredda è più secca (contiene meno grammi di vapore acqueo per kg d'aria), riducendo la velocità di accumulo della brina.
- Riduzione della Potenza Media: Durante lo sbrinamento (che dura dai 3 ai 10 minuti), la macchina non solo smette di scaldare, ma sottrae calore dall'impianto (se a inversione di ciclo).
- Inerzia Termica: È fondamentale la presenza di un volano termico (puffer). Se l'impianto è a bassa inerzia (ventilconvettori), senza un accumulo adeguato, l'utente percepirà correnti d'aria fredda durante il defrost.
- Vantaggio R290: Le macchine a propano tendono ad avere intervalli tra gli sbrinamenti più lunghi grazie alle migliori proprietà di scambio del refrigerante naturale, mantenendo una potenza netta più stabile.
4.2.3.1Sintesi Tecnica per il Calcolo Professionale
- Dati da Catalogo: Distinguere sempre tra potenza "Integrated" (che include i defrost) e "Peak/Instantaneous". Utilizzare sempre i valori Integrated per il calcolo del punto di bivalenza.
- Logica di Gestione: Verificare se la PdC utilizza sbrinamenti a tempo (inefficienti) o a "richiesta" (basati sulla differenza di pressione o temperatura sull'evaporatore).
- Sistemi di Emissione: Con i ventilconvettori, la velocità della ventola deve essere interbloccata durante lo sbrinamento per evitare discomfort.
- Manuali Tecnici di Progettazione (Engineering Data Books): È la fonte primaria. A differenza della brochure per l'utente finale, questi documenti contengono tabelle estese che riportano due valori di potenza: Istantanea (senza sbrinamenti) e Integrata (che include i cicli di defrost). Il fattore f_d è il rapporto tra questi due valori.
- Database Eurovent: Se il costruttore è certificato Eurovent, è possibile consultare i dati prestazionali standardizzati. Tuttavia, Eurovent testa a punti fissi (es. +2°C o +7°C), fornendo già il valore integrato per quelle specifiche condizioni.
- Software di Selezione del Produttore: Molti brand (specialmente per le macchine a R290 o sistemi split) forniscono software che calcolano la resa esatta impostando l'umidità relativa locale. Questi software applicano internamente i coefficienti f_d basati sulle prove di laboratorio.
- Tabella dei Dati di Performance: In questa tabella, la potenza dichiarata alle temperature critiche (tipicamente il punto "A" a +2°C) deve essere per legge il valore integrato.
- Dichiarazione di conformità (Scheda di Prodotto ErP): Riporta il valore del Pdesign, che è intrinsecamente un valore che tiene conto delle perdite per sbrinamento lungo l'arco della stagione di riscaldamento.
| Temperatura Esterna [∘C] | Fattore di Correzione fd (Stimato) |
|---|---|
| > +7 | 1.00 (Nessuno sbrinamento) |
| +2 | 0.80 - 0.88 (Massimo accumulo brina) |
| -2 | 0.85 - 0.92 |
| -7 | 0.95 - 0.98 (Aria più secca) |
Il progettista deve sempre richiedere esplicitamente se i dati forniti sono "Instantaneous" o "Integrated". Utilizzare dati istantanei per il calcolo del punto di bivalenza porterebbe a un sottodimensionamento della macchina del 15-20% proprio nei giorni di maggiore criticità climatica (alta umidità e temperature prossime allo zero).
4.3.3.1Sintesi in Punti Elenco
- Fonte affidabile: Manuale Tecnico di Progettazione (non il catalogo commerciale).
- Dato chiave: Cercare la dicitura "Integrated Heating Capacity".
- Verifica: Il fattore f_d è massimo (perdita maggiore) intorno ai +2°C.
- Azione: In caso di dubbi, applicare un coefficiente cautelativo del 0.85 per la verifica del carico termico al punto di bivalenza situato tra -2 e +2°C.
- A7/W35: Aria esterna 7 °C / Mandata acqua 35 °C (tipico per radiante).
- A7/W55: Aria esterna 7 °C / Mandata acqua 55 °C (tipico per radiatori o fan-coil).
| Text[°C] | W35-HC[kW] | W35 - COP | W55 - HC[kW] | W55 - COP |
|---|---|---|---|---|
| 12 | 14.2 | 5.10 | 13.5 | 3.40 |
| 7 | 12.0 | 4.50 | 11.2 | 2.80 |
| 2 | 9.8 | 3.60 | 8.5 | 2.10 |
| -7 | 7.5 | 2.80 | 6.2 | 1.70 |
- HC (Heating Capacity): È la potenza termica erogata. Noti come scende drasticamente al calare della Text. Se la tabella indica "Integrated Value", il dato include già i defrost (fondamentale per il punto di bivalenza). Se indica "Peak Value", deve applicare i coefficienti fd visti in precedenza.
- PI (Power Input): È la potenza elettrica assorbita dal compressore e dagli ausiliari.
- COP: Rapporto tra HC e PI. È il valore istantaneo in quel preciso punto di lavoro.
- Punti di Test (A, B, C, D): Rappresentano diverse condizioni climatiche stagionali (es. Punto A = -7 °C esterno).
- Part Load: Indica la capacità della macchina di modulare. Una PdC che lavora al 30% del carico spesso ha un COP molto più alto rispetto al pieno carico (Full Load), grazie alla maggiore superficie di scambio relativa dell'evaporatore rispetto alla portata del refrigerante.
4.4.3.1Sintesi per la Progettazione Professionale
- Verifica della Massima Frequenza: In riscaldamento, verifichi sempre la potenza alla Tpro (temperatura di progetto del sito) alla massima frequenza del compressore.
- Curva Limite: Controlli sempre il grafico dell' Operating Envelope (Involucro Operativo). Indica se la macchina può fisicamente produrre acqua a 65 °C quando fuori ci sono -15 °C. Molte macchine a R32 tagliano la mandata a 45-50 °C in condizioni estreme, mentre le R290 mantengono il range completo.
- Edificio: 150 mq, Zona Climatica E (es. Milano, Tpro = -5°C), Carico termico di progetto Φpro = 9kW.
- Terminali: Radiatori esistenti (richiesta mandata W55 alla Tpro).
- Macchine a confronto: 1. PdC R32 (Standard High Temp).
Φreq(Text) = 9 · /20 - Text{20 - (-5) Analizziamo i dati estratti dai manuali tecnici (valori HC integrati a W55):
| Text[∘C] | Carico Edificio [kW] | Resa PdC R32 [kW] | Resa PdC R290 [kW] |
|---|---|---|---|
| +7 | 4.68 | 8.5 | 9.2 |
| +2 (Zona Defrost) | 6.48 | 5.8 (fd critico) | 7.1 |
| -2 | 7.92 | 4.9 | 6.4 |
| -5 (Tpro) | 9.00 | 4.2 | 5.8 |
- PdC R32: La curva della macchina interseca il carico a circa +4°C. Sotto questa temperatura (molto comune in pianura padana), la macchina richiede l'intervento costante di una caldaia o di resistenze elettriche da 3-5kW.
- PdC R290: Grazie alla stabilità del propano e a scambiatori più efficienti, il punto di bivalenza scende a circa 0°C / -1°C. La quota di energia coperta in pompa di calore passa dal 65% (R32) a oltre l'85% (R290).
- Scelta Professionale: Per radiatori, la PdC a R290 è quasi obbligatoria per mantenere un punto di bivalenza accettabile senza sovradimensionare eccessivamente la macchina.
- Verifica: Controllare sempre che il volume del volano termico sia calcolato sulla potenza di sbrinamento (ca. 10l/kW) per non far scendere la temperatura in casa durante il ciclo.
- Eccesso di potenza nelle mezze stagioni: La PdC passerebbe l'80% del tempo a funzionare a carico parziale estremo. Anche se inverter, sotto il 20-30% della modulazione minima, la macchina inizierebbe a fare cicli On-Off continui.
- Usura precoce: I frequenti avviamenti del compressore riducono drasticamente la vita utile della macchina.
- Costi: Investimento iniziale inutilmente elevato.
- Quota di carico: La taglia si sceglie affinché la PdC copra il fabbisogno termico dell'edificio fino a una temperatura esterna compresa tra 0°C e -3°C (in pianura).
- Integrazione: Per le poche ore annue in cui la temperatura scende sotto il punto di bivalenza, si interviene con la resistenza elettrica di backup o con la caldaia (in sistemi ibridi).
- Frequenza di modulazione minima: Più è bassa, più la macchina è versatile.
- Volume d'acqua dell'impianto: Se l'impianto ha poca inerzia, la taglia deve essere valutata in funzione del volume minimo necessario per evitare pendolamenti.
- Rapporto tra energia ed ore esterne: Poiché le ore a Tpro sono statisticamente pochissime (meno dell'1-2% della stagione silente), dimensionare per quelle ore è energeticamente inefficiente.
5.4.3.1Schema Riassuntivo: Criteri di Scelta
- Obiettivo: Copertura del 100% dell'energia annua, non della potenza istantanea massima.
- Punto di Bivalenza: Solitamente impostato tra -2°C e +2°C.
- Fattore di Contemporaneità: Valutare se il carico ACS (Acqua Calda Sanitaria) deve essere sommato o se gestito in priorità (solitamente non si somma).
- Dati di input: Utilizzare sempre la potenza Integrata (con defrost) alla temperatura di bivalenza scelta.
Scelta della Taglia:
Non sceglieremo una macchina da 10 - 12 kW (che coprirebbe l'intero carico a -2°C ma sarebbe sovradimensionata per l'80% dell'anno), bensì una taglia nominale da 8 kW (riferita a A7/W55).
| Temperatura Esterna (Text) | Carico Termico [kW] | Resa PdC R290 (Integrata) [kW] | Copertura |
|---|---|---|---|
| +7°C | 3.2 | 8.2 | PdC in modulazione |
| +2°C (Defrost) | 4.8 | 6.5 | Punto di Bivalenza Ottimale |
| -2°C (Tpro) | 8.0 | 5.1 | Integrazione richiesta (2.9 kW) |
- Il punto di bivalenza si attesta intorno a 0°C.
- Sotto lo zero, la PdC continua a lavorare al massimo, ma le resistenze elettriche (o la caldaia esistente in schema ibrido) intervengono per coprire i 2.9 kW mancanti.
- A Perugia, le ore annue con Text < 0°C sono statisticamente poche: l'uso del backup inciderà per meno del 5% sui consumi stagionali.
- Volano Termico (Puffer): Obbligatorio, almeno 80-100 litri in parallelo per garantire l'energia necessaria ai defrost senza sottrarre calore ai radiatori (evitando rumori di dilatazione termica).
- Trattamento Acqua: Fondamentale per proteggere lo scambiatore a piastre della PdC dai residui ferrosi dei vecchi radiatori (defangatore magnetico).
- Pompa di Rilancio: Le PdC a R290 hanno circolatori potenti, ma le perdite di carico di un vecchio impianto a 100 mq potrebbero richiedere un separatore idraulico con pompa di rilancio dedicata.
5.5.1.1Schema Riassuntivo
- Località: Perugia (Tpro = -2°C).
- Carico di progetto: 8 kW.
- Macchina consigliata: PdC Monoblocco R290, Taglia 8 kW (A7/W55).
- Punto di bivalenza: 0°C.
- Backup: Resistenza elettrica da 3 kW o Caldaia a condensazione (Sistema Ibrido).
- SCOP stimato: Per un sistema a radiatori a Perugia con mandata a 55°C, ipotizziamo un SCOP prudenziale di 2.8.
- Consumo Elettrico Riscaldamento: 14.000 / 2.8 = 5.000 kWhe.
- Energia termica annua ACS: Circa 2.500 kWht.
- COP ACS: Poiché la PdC deve produrre acqua a temperature più alte (spesso 55°C per cicli antilegionella), il COP medio è più basso, stimato a 2.2.
- Consumo Elettrico ACS: 2.500 / 2.2 = 1.136 kWhe.
| Voce di Spesa | Consumo Energetico [kWhe] | Costo Annuo [€] |
|---|---|---|
| Riscaldamento | 5.000 | 1.250 |
| ACS | 1.136 | 284 |
| Quota Fissa e Oneri | - | 150 |
| TOTALE ANNUO | 6.136 | 1.684 |
- Confronto con Metano: Una caldaia in classe F consumerebbe circa 1.600 m3 di gas. Con un costo stimato di 1.10 €/m3, la spesa sarebbe di circa 1.760 €.
- Risultato: Il risparmio economico con la PdC su radiatori non è enorme (circa 100-200 €/anno) senza un impianto fotovoltaico. Tuttavia, la PdC elimina i costi fissi del contatore gas e la manutenzione obbligatoria della caldaia (analisi del Total Cost of Ownership).
5.6.3.1Schema Riassuntivo
- Consumo Elettrico Totale: ≈ 6.100 kWh/anno.
- Costo Medio Mensile (Spalmato): ≈ 140 €/mese.
- Nota Tecnica: Il costo è fortemente influenzato dal set-point di mandata. Riducendo la mandata a 50°C (previa analisi dei radiatori), il risparmio aumenterebbe sensibilmente.
| 2.500 | ||
| Piano ad Induzione | Acquisto e installazione piano cottura | 600 |
| Impianto Elettrico | Nuova linea dedicata PdC e Induzione, adeguamento quadro | 1.200 |
| Pratiche Tecniche | Legge 10, Progetto elettrico, ENEA, Direzione Lavori | 2.500 |
| TOTALE INVESTIMENTO | 15.300 |
| Vettore Energetico | Consumo Annuo | Costo Unitario | Spesa Annua [€] |
|---|---|---|---|
| Energia Elettrica (Full Electric) | 6.536 kWh | 0,25 €/kWh | 1.634 |
| Gas Metano (Scenario Base) | 1.650 m³ (Risc+ACS+Cott) | 1,10 €/m³ | 1.815 |
| Oneri fissi Gas (Eliminati) | - | - | 150 |
| TOTALE SCENARIO GAS | 1.965 |
- Extra-investimento (Delta Capex): 15.300 - 3.000 = 12.300 €
- Tempo di ritorno (Semplice): 12.300 / 331 ≈ \mathbf{37 anni
- Extra-investimento netto: ≈ 4.300 €
- Tempo di ritorno con incentivi: ≈ 13 anni.
- Configurazione: Full Electric con PdC R290 e Induzione.
- Costo Totale: ≈ 15.300 €.
- Risparmio Annuo: ≈ 330 € (grazie all'efficienza del R290 e all'eliminazione dei costi fissi del gas).
- Vantaggio Strategico: Eliminazione dei rischi da monossido/esplosione, indipendenza dai combustibili fossili, aumento del valore dell'immobile.
- Generatore Fotovoltaico: 6 kWp (circa 14-16 moduli ad alta efficienza). Produzione stimata a Perugia: ~7.800 kWh/anno.
- Sistema di Accumulo: 10-12 kWh (per coprire i cicli di defrost notturni e i carichi serali di induzione/ACS).
| Voce di Spesa | Descrizione | Costo Stimato [€] |
|---|---|---|
| Sistema Full Electric | PdC R290, ACS, Induzione, Opere idrauliche (già calc.) | 12.800 |
| Impianto FV 6 kWp | Moduli, Inverter ibrido, strutture e posa | 8.000 |
| Accumulo 10 kWh | Batterie al litio-ferro-fosfato (LiFePO4) | 7.000 |
| Pratiche e Progetto | Legge 10, Pratica ENEA, Connessione GSE (TICA) | 3.500 |
| TOTALE INVESTIMENTO | 31.300 |
- Energia Prelevata: 6.500 kWh * 40% = 2.600 kWh.
- Costo Energia Prelevata: 2.600 kWh * 0,25 €/kWh = 650 €.
- Costo Variabile Scenario Gas (Rif.): 1.965 €.
- Risparmio Annuo Operativo: 1.315 €/anno.
| Parametro | Senza Incentivi | Con Detrazioni (50% Bonus Casa) |
|---|---|---|
| Extra-Investimento | 28.300 € (vs caldaia) | 14.150 € |
| Risparmio Annuo | 1.315 € | 1.315 € |
| Tempo di Ritorno | ~21 anni | ~10,7 anni |
In una Classe F, il FV rende moltissimo in estate (condizionamento, ACS), ma in inverno la PdC richiede molta energia quando il sole è debole. Tuttavia, l'accumulo è vitale per gestire i picchi dell'induzione e i defrost mattutini. Il ROI scende a circa 10 anni, rendendo l'investimento finanziariamente solido (pari a un rendimento annuo del ~9%).
- Configurazione: Full Electric + 6 kWp FV + 10 kWh Accumulo.
- Costo Bolletta Elettrica: ≈ 55 €/mese (media annua inclusi oneri).
- Indipendenza Energetica: ~60%.
- Sostenibilità: Riduzione emissioni CO2 > 80% rispetto al gas.