Punto di Bivalenza delle Pompe di Calore
Il punto di bivalenza nelle pompe di calore
Cos'è il punto di bivalenza
Il punto di bivalenza è la temperatura esterna alla quale la potenza termica erogabile dalla pompa di calore eguaglia esattamente il fabbisogno termico dell'edificio in quel momento. Come mostra il diagramma, si tratta dell'intersezione fra due curve: il fabbisogno termico (che cresce al calare della temperatura) e la potenza della PDC (che diminuisce con il freddo, poiché il COP si riduce).Al di sopra di questa temperatura, la PDC copre l'intero carico da sola. Al di sotto, serve un generatore integrativo (caldaia a gas, resistenza elettrica, ecc.) per coprire la quota eccedente. Questo schema si chiama sistema bivalente parallelo; esiste anche la variante alternativa (la PDC si spegne e il generatore lavora da solo sotto la soglia), meno efficiente ma più economica nell'impianto.
Come si calcola
Il punto di bivalenza si ricava graficamente o analiticamente incrociando:1. Curva del fabbisogno termico — è una retta discendente definita da:
Q(T_est) = Q_progetto × (T_int − T_est) / (T_int − T_progetto)
dove T_int è la temperatura interna di comfort (es. 20°C), T_progetto è la temperatura esterna di progetto secondo la norma UNI EN 12831 (es. −10°C per la pianura padana), e Q_progetto è il fabbisogno massimo calcolato da un energy audit o dalla certificazione APE.
2. Curva di potenza della PDC — fornita dal costruttore nelle schede tecniche (norma EN 14511), che riporta la resa termica in funzione della temperatura esterna per una data temperatura di mandata. È anch'essa approssimabile come retta crescente all'aumentare della temperatura esterna.
Il punto di bivalenza T_biv è la temperatura che soddisfa:
Q_PDC(T_biv) = Q_fabbisogno(T_biv)
Come si sceglie per massimizzare il ROI
La scelta è un compromesso tra efficienza stagionale e costo d'impianto.Bivalenza alta (es. 0°C / +2°C) — la PDC è sottotarghettata rispetto al picco invernale. Si installa una macchina più piccola e meno costosa. L'integratore entra spesso nelle settimane più fredde. Il ROI migliora se l'integratore è già presente (sostituzione parziale) o se le ore sotto la soglia sono pochissime (climi miti).
Bivalenza bassa (es. −7°C / −10°C) — la PDC è dimensionata per coprire quasi tutto il fabbisogno annuo. La macchina è più grande, costosa e lavora spesso in condizioni di basso COP. Il ROI migliora solo se l'energia elettrica è molto più economica del combustibile dell'integratore e se si abbinano incentivi (Conto Termico, SuperBonus).
La letteratura tecnica e le simulazioni energetiche indicano che il punto ottimale per massimizzare il risparmio annuo, in clima temperato-freddo italiano, si colloca tipicamente tra −2°C e +3°C, coprendo circa il 85–95% del fabbisogno energetico annuo con la sola PDC (le ore sotto la soglia sono pochissime, anche se i picchi di potenza sono alti).
I parametri che determinano la scelta ottimale
Parametri termici dell'edificio
Fabbisogno termico specifico (kWh/m²·anno) — è il parametro più importante. Un edificio ben isolato (classe A, <30 kWh/m²a) ha una curva di fabbisogno molto più piatta: bastano PDC di taglia minore. Un edificio anni '70 non ristrutturato (>150 kWh/m²a) impone macchine grosse con alto punto di bivalenza o costosi sovradimensionamenti. Prima di scegliere la PDC, conviene sempre confrontare il costo della coibentazione con quello del maggior dimensionamento della macchina.Temperatura di progetto locale (T_ext,min) — definita dalla norma UNI EN 12831 per ogni comune italiano (Fano: −5°C / −7°C a seconda della zona climatica). Determina il carico massimo e la posizione della curva di fabbisogno. Zone con T_ext,min più bassa richiedono macchine con buone prestazioni nel freddo (inverter a espansione vapore variabile, iniettore di vapore al compressore).
Temperatura di mandata dei terminali — è forse il parametro più impattante sul COP stagionale. Radiatori vecchi richiedono 65–70°C di mandata (COP di 1.5–2, convenienza economica dubbia). Fan-coil a bassa prevalenza o impianti a pannelli radianti lavorano a 35–45°C (COP di 3–5, ottima convenienza). La differenza di rendimento tra le due soluzioni si traduce in raddoppio o dimezzamento del tempo di ritorno dell'investimento.
Fattori climatici
Gradi giorno (GG) e distribuzione delle ore per fascia di temperatura — le ore sotto il punto di bivalenza sono quelle in cui l'integratore entra in funzione. In città della pianura padana (GG 2.400–2.800) le ore con T_ext < 0°C sono circa 200–400 all'anno: se il punto di bivalenza è fissato a 0°C, l'integratore copre una frazione piccola dell'energia annua ma ha picchi di potenza elevati. In zone montane (GG > 3.500) il peso dell'integratore diventa rilevante e sposta la scelta ottimale verso PDC più grandi.Fattori economici
Rapporto prezzo elettricità / combustibile fossile — questo è il motore finanziario della scelta. Il risparmio annuo è proporzionale a (costo_gas / η_caldaia) − (costo_elettrico / COP_stagionale). Con un COP stagionale (SCOP) di 3 e un rapporto prezzo el./gas di 3:1 si è al pareggio; con SCOP > 3 si risparmia. Con l'energia elettrica da fotovoltaico (costo effettivo 0,05–0,10 €/kWh) il vantaggio diventa molto marcato e giustifica una PDC sovradimensionata verso il basso del punto di bivalenza.Incentivi (Conto Termico 2.0, detrazioni 65%) — riducono il costo d'acquisto e riducono il payback. Tuttavia, gli incentivi sono soggetti a massimali di spesa: una PDC sovradimensionata non riceve incentivi proporzionalmente maggiori. Conviene dimensionare la macchina in modo che rientri nei massimali di taglia previsti dal decreto.
Parametri impiantistici
Fonte termica della PDC — le PDC aria-aria e aria-acqua (le più diffuse) hanno il COP che crolla sotto −5/−7°C. Le PDC acqua-acqua su falda o le geotermiche mantengono COP costante e permettono punti di bivalenza molto bassi o addirittura sistemi monovalenti (nessun integratore). Il costo di perforazione geotermico va però incluso nel calcolo del ROI.Accumulo termico (buffer) — un serbatoio di inerzia da 200–500 litri permette alla PDC di lavorare a cicli più lunghi, migliorare il SCOP e ridurre i cicli on/off. Riduce anche la taglia necessaria in sistemi con alta variabilità del carico. Impatta positivamente sul ROI ma aggiunge capex iniziale.
SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) — non basta guardare il COP nominale a +7°C. Lo SCOP si calcola ponderando le prestazioni della macchina su tutta la distribuzione delle temperature stagionali (metodologia EN 14825, bin method). Una macchina con COP nominale di 4 ma che si degrada rapidamente sotto 0°C può avere SCOP inferiore a una macchina con COP nominale di 3.5 ma prestazioni più stabili nel freddo.