Attualità

L’evoluzione della pompa di calore interna per la produzione di acqua calda sanitaria

Ripercorriamo l’evoluzione storico-tecnologica dei sistemi basati su pompe di calore per la produzione di ACS, partendo dalle prime soluzioni che hanno impiegato il ciclo frigorifero nei dispositivi interni. Solo più recentemente i sistemi a pompa di calore per l’acqua sanitaria stanno raggiungendo il pieno sviluppo tecnologico, riscuotendo il meritato successo commerciale.

All’apparenza lo sviluppo del mercato delle pompe di calore interne per la produzione di acqua calda sanitaria potrebbe sembrare una scoperta recente, successiva al Dlgs n°28 del marzo 2011, che ne ha decretato la rinascita e la diffusione. Il decreto è valido per le nuove costruzioni e le ristrutturazioni, e dal 2018 obbliga alla copertura energetica del 50% con fonti rinnovabili, sia per la quota acqua calda sanitaria sia per la quota riscaldamento ambientale. A supporto di tale processo di aggiornamento dei sistemi da impiegare ci sono gli incentivi fiscali del Conto Termico e degli Ecobonus. Qui ci dedichiamo alla sola pompa di calore per la produzione di acqua calda sanitaria e delle evoluzioni tecnologiche che hanno portato ai modelli oggi in commercio.

Valutando di installare un impianto solare termico, non sempre realizzabile laddove i presupposti logistici ed economici non lo consentono, la scelta di inserire una pompa di calore interna rimane più appetibile, sia per la semplicità di installazione che per il costo relativamente basso rispetto al solare termico. Bisogna però ricordare che la tecnologia alla base di questi sistemi non è proprio frutto di recenti innovazioni, infatti la sua nascita risale a qualche decennio fa. Nei primi anni 80 iniziò una vera e propria guerra allo scalda acqua elettrico, troppo dispendioso per un’epoca in cui si iniziava a pensare al risparmio energetico e anche figlio di un paradosso tecnologico. Sembrava infatti inconcepibile che una centrale elettrica che produce vapore saturo surriscaldato a 500°C per muovere gli alternatori, con i suoi kWelettrici prodotti e messi in rete, alimenti resistenze elettriche per scaldare acqua calda sanitaria a 60°C, con un rapporto di 2,7 a 1; è un vero affronto alla termodinamica. Il consumo in termini di energia primaria imputabile ai soli scalda-acqua elettrici, era valutato in 3 Mtep/anno (sottoprogetto RERE del PFEL sui risparmi ottenibili nella produzione di acqua calda sanitaria).

Tra i vari sistemi alternativi che vennero presentati in quel periodo c’è il famoso israeliano CAL-10, prodotto a Genova dalla Solarex: un economizzatore di energia per scaldabagni ad accumulo che però necessitava di una resistenza elettrica di 2 kW, assorbimento che spesso metteva in crisi le abitazioni con i classici 3 kW utente. Sull’onda di queste innovazioni applicative e con lo scopo di stimolare lo studio e la realizzazione di nuovi sistemi, volti a ridurre i consumi di energia legati all’impiego di scalda-acqua elettrici per la produzione di acqua calda per usi sanitari, il Ministero dell’Industria Commercio e Artigianato, con la collaborazione dell’ENEL, dell’ENEA, del CNR e dell’Unioncamere indisse un concorso pubblico nel marzo 1983. A seconda dei temi di ricerca imposti, vinsero la Bassani Ticino con il “programmatore ciclico giornaliero” Boiltimer BTicino, la Solarex con il CAL-10 e l’ing. Franco Masiani con lo “Scalda acqua elettrico ad accumulo a doppio serbatoio e recupero delle perdite”.

Pompa di calore interna: l’introduzione del ciclo frigorifero

Parallelamente si iniziò a cambiare l’approccio invertendo il rapporto “energia elettrica prodotta/energia elettrica utilizzata”, ovvero per ogni kWhelettrico prodotto in centrale era possibile cederne 2,7 kWhtermici all’acqua calda sanitaria con un assorbimento elettrico di circa 1 kWelettrico, sfruttando come sorgente a bassa temperatura l’aria interna a temperatura positiva. Si pensò quindi all’utilizzo delle pompe di calore, sicuramente più performanti.

Si svilupparono quindi sistemi a pompa di calore ad aria interna decisamente più performanti, come ad esempio il PuntoWatt prodotto solo in preserie dalla Pozzi Energie e brevettato nel 1987 (brevetto europeo per Modello di Utilità n° WO/1987/007359 “A System for the Production of Hygienic and Sanitary Hot Water for Home Consuption”). Il prototipo venne in seguito migliorato e ottenne la certificazione del CESI di Milano grazie anche alla pubblicazione della norma UNI/CTI 8889 del 1987 (“Scalda acqua a pompa di calore aria/acqua – Procedura di prova per la valutazione delle prestazioni energetiche e funzionali”). Un altro sistema interessante fu la pompa di calore ad aria interna AirBoiler, con evaporatore statico abbondantemente dimensionato, e prodotto dalla bolognese Energy Nova. Anche la Merloni Igienico Sanitari costruì dei prototipi di pompa di calore ad aria interna, aria esterna e solare, che attualmente vengono definiti sistemi “termodinamici” e sono una tecnologia tutta italiana dal 1984. Si arrivò infine a una macchina prodotta dalla Saunier Duval definita ad ‘aria estratta’, le cui applicazioni in Francia avevano riscosso successo anche perché provvedevano automaticamente al rinnovo dell’aria nell’abitazione. Quello che avvenne negli anni a seguire è che questo tipo di sistemi non se né parlò più sino alla pubblicazione del Decreto Romani.

Allo stato attuale, grazie alla loro tecnologia fortemente sviluppata e consolidata come precedentemente descritto, quando si è alla ricerca di un sistema di riscaldamento ecologico, economico, affidabile e orientato al futuro per case unifamiliari, plurifamiliari ed edifici commerciali, le pompe di calore per acqua calda sanitaria sono sempre più spesso la prima scelta per le nuove costruzioni e per le ristrutturazioni. Anche nel caso in cui si valutino le prestazioni su base stagionale, lo scalda-acqua a pompa di calore fornisce risposte positive. A tal proposito si ricorda come l’Europa spinga all’uso di tecnologie rinnovabili e ad alta efficienza, menzionando esplicitamente le pompe di calore elettriche (Direttiva europea 2009/28/CE sulla promozione delle fonti energetiche rinnovabili).

Le prestazioni delle odierne pompe di calore per acqua calda sanitaria

I modelli di pompe di calore attualmente prodotti sono generalmente in classe energetica A e A+, determinata secondo la direttiva Ecodesign 2009/125/CE, consentono risparmi energetici fino al 70%, e risultano quindi una scelta corretta anche in termini di sostenibilità. Senza tralasciare che la modalità più efficiente in assoluto per produrre acqua calda sanitaria è quella offerta dal solare termico, che permette di sfruttare l’energia gratuita e rinnovabile del sole, nonostante il sistema principale debba essere affiancato a un altro generatore che possa garantire l’acqua calda in assenza di insolazione. Una vera alternativa ecologica, conveniente, efficiente, comoda, a basso consumo energetico e funzionante 365 giorni l’anno, rimane quindi la pompa di calore interna aria/acqua. Le pompe di calore aria acqua sono in grado di sfruttare il calore presente in natura nell’aria interna o esterna, che funge da sorgente rinnovabile, per trasferirlo all’acqua calda sanitaria con una temperatura variabile dai 50°C ai 70°C.

Nelle varie versioni commerciali, generalmente da 80, 100 e 120 litri, la pompa di calore è composta da un circuito frigorifero con un compressore rotativo di ultima generazione, e da un serbatoio di acqua sanitaria in acciaio, generalmente con doppio strato di vetrificazione, isolamento termico e anodo di magnesio. La sua potenza termica nominale è in linea di massima sui 1000 Welettrici con un assorbimento elettrico nominale di 315 Welettrici (240/1/50). Se consideriamo una temperatura di accumulo di 55°C il COPDHV medio è pari a 2,70, misurato secondo la norma EN16147. Queste macchine sono generalmente dotate di sistemi di controllo elettronico a bordo che permettono di effettuare una regolazione semplice e intuitiva. Le funzioni sono di regolazione del set point acqua, programmazione oraria giornaliera e settimanale, autodiagnostica, funzione boost che permette una rapida messa a regime, se richiesto, funzione antilegionella, funzione fotovoltaico.

L’apparecchio può recuperare il calore gratuito e rinnovabile direttamente dall’aria interna dell’ambiente dove è installato, come ad esempio un bagno o una lavanderia, oppure, con delle piccole modifiche aerauliche, anche dall’aria esterna, opzione consigliata nel periodo primaverile ed estivo quando la temperatura esterna supera i 10°C, con un limite di 45°C. Messo a confronto con un tradizionale scalda-acqua elettrico, lo scalda-acqua a pompa di calore ha una resa mediamente 2,6 volte superiore, ciò significa che permette di risparmiare fino al 70% in bolletta, godendo sempre del massimo comfort.

Installando in casa uno scalda-acqua a pompa di calore si hanno inoltre ulteriori vantaggi. Oltre a produrre acqua calda sanitaria in modo efficiente recuperando il calore dall’ambiente in cui è installato, si beneficia di un effetto di ventilazione indiretta, solo nei sistemi ad aria espulsa, e un conseguente effetto di deumidificazione sia con il sistema ad aria espulsa sia ad aria interna, abbassando i valori di umidità relativa e preservando la struttura dell’edificio. In definitiva gli scalda-acqua a pompa di calore vengono utilizzati tutto l’anno, salvo brevi periodi di interruzione, e le richieste giornaliere di acqua calda sanitaria, concentrate in determinati orari pressoché costanti nel corso dell’anno. La sinergia con altri prodotti è più che positiva, lo scalda-acqua a pompa di calore è alternativo, ma anche complementare, a soluzioni tradizionali (prodotti a gas ed elettrici) e a tecnologie rinnovabili.

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