La taglia giusta: come si dimensiona un impianto a pompa di calore

Il secondo di una serie di articoli per capire cosa succede quando si sceglie una pompa di calore per casa propria.

Installare una pompa di calore della giusta taglia fa la differenza tra un impianto che dà delle soddisfazioni e uno che tradisce le aspettative per prestazioni e durata.

La domanda che non si pone mai abbastanza

“Ma non basta prendere una pompa di calore della stessa potenza della mia vecchia caldaia?”

La domanda è comprensibile, ma la risposta è no. La potenza di una caldaia è calcolata sulla temperatura minima registrata nell’arco di trent’anni — trent’anni che, per i riferimenti normativi ancora in uso, vanno dal 1955 al 1984. Con l’innalzamento delle temperature medie, quei valori non sono più rappresentativi: le temperature di progetto nei fondovalle e in pianura al Nord vanno da -5°C a -15°C, soglie che solitamente si fa fatica a ricordare.

A questo si aggiunge che i progettisti applicano convenzionalmente un fattore di sicurezza di 1,5–2 sul valore calcolato, per considerare che l’impianto potrebbe dover produrre al contempo acqua calda per il riscaldamento e gli usi sanitari. Il risultato è un sovradimensionamento sistematico, giustificato storicamente perché una caldaia costa poco e nessuno si pone seriamente il problema della sua efficienza reale in funzione.

E quindi qual’è la taglia corretta per una pompa di calore?

Una caldaia è costruita per erogare potenza elevata per periodi di tempo brevi. La pompa di calore funziona in modo diverso: lavora in continuo, modulando la potenza in base alla temperatura esterna e al carico termico dell’abitazione.

Sovradimensionarla ha conseguenze concrete: l’impianto costa di più, impegna una potenza elettrica di picco maggiore con ricadute dirette sulla quota fissa in bolletta legata alla dimensione del contatore e, paradossalmente, la fa funzionare peggio.

Cos’è il carico termico dell’edificio

Un edificio perde calore continuamente attraverso le pareti, le finestre e il tetto. Queste dispersioni aumentano al calare della temperatura esterna e si riducono, naturalmente, quando fuori fa meno freddo.

Il carico termico di riscaldamento è la potenza necessaria per controbilanciare le perdite di calore. Il carico termico di progetto è la potenza massima necessaria per mantenere 20°C all’interno dell’edificio nell’ora più fredda dell’anno.

Le ore in cui la temperatura scende sotto -5°C a Padova o -15°C a Bolzano sono pochissime, o spesso nulle, nel corso di un anno. Prendere a riferimento questo picco assoluto, e moltiplicarlo per 1,5 o 2, per dimensionare la pompa di calore significa acquistare una grossa potenza che, per il 99% della sua vita, rimane inutilizzata.

È come comprare un’auto da 300 CV perché una volta all’anno si vuole superare i 250 km/h in pista: funziona, ma non è la scelta più sensata economicamente, né tecnicamente per la vita di tutti i giorni.

Il pericolo silenzioso: il sovradimensionamento

“Sì, ma con una macchina da 300 CV posso andare anche a fare la spesa”; sì, ma con la pompa di calore non funziona così.

Quando la pompa di calore è troppo grande rispetto al carico reale dell’edificio, si produce un fenomeno chiamato ciclaggio frequente (dall’inglese short cycling): la macchina si accende, porta rapidamente l’impianto in temperatura, quindi si spegne e l’impianto si raffredda, poco dopo la macchina deve ripartire per portare nuovamente l’impianto in temperatura.

Ogni avvio del compressore è un momento di massimo assorbimento elettrico e di stress meccanico per i componenti della macchina. Inoltre, riscaldare la macchina e l’impianto da freddo per arrivare in temperatura richiede energia in sé, e questa energia non viene trasferita alla casa.

Ritornando al paragone con l’automobile: si consuma molto di più accelerando da 0 a 90 km/h che a mantenere la velocità costante a 90 km/h. Provate a confrontare il consumo guidando mentre frenate e accelerate continuamente tra 50 e 90 km/h, oppure guidando a velocità media costante di 70 km/h, e poi mi dite.

Con troppi avvii al giorno:

  • I consumi elettrici salgono a parità di calore utile fornito all’abitazione
  • La vita utile del compressore si riduce a causa dei continui stress meccanici
  • Se la fornitura di calore è discontinua, anche la temperatura in casa lo sarà, con ripercussioni più o meno sensibili sul comfort

I compressori moderni mitigano il problema modulando la potenza tra il 20% e il 100% del valore massimo, ma non lo eliminano del tutto se la taglia di partenza è molto superiore al carico: quando il carico termico scende sotto il 20% della potenza massima della macchina, la pompa di calore comincia a ciclare. Una macchina che funziona sempre al minimo non è una soluzione: è un segnale che è sovradimensionata.

La qualità dell’involucro dell’edificio influenza il carico termico

Una casa con il cappotto, il tetto nuovo e finestre di ultima generazione non solo consuma meno energia per il riscaldamento — che si riflette in bolletta —, ma necessita anche di meno potenza per rimanere calda a parità di temperature esterne, e permette quindi di installare una pompa di calore più piccola e meno costosa.

Risanare l’involucro è un intervento da prendere sempre in considerazione quando si pensa a installare una pompa di calore. Non è sempre possibile o economicamente conveniente intervenire sull’involucro prima di sostituire la caldaia, ma la valutazione va sempre fatta insieme.

Per curiosità, è più complicato dimensionare la potenza di una pompa di calore per una casa ben isolata: scegliere la taglia “successiva” piuttosto che quella immediatamente inferiore può fare molta differenza, perché il carico termico di progetto è molto piccolo in partenza. Quando l’involucro è ammalorato, sbagliare di una taglia ha un effetto meno sensibile.

Conta anche l’impianto di emissione del calore

Un impianto a pompa di calore aria-acqua – che prende il calore dall’aria e lo “pompa” a temperatura più alta nell’acqua degli impianti termici di casa – è compatibile con tutti i terminali di emissione usati per riscaldare un’abitazione. Ma non tutti si comportano allo stesso modo.

Il pavimento radiante è la soluzione più compatibile. Non solo riscalda l’aria, ma anche il solaio in cui è annegato, il che si traduce in un carico termico piuttosto costante per molte ore al giorno — condizione ideale per la pompa di calore, che non deve inseguire richieste di potenza molto variabili.

I radiatori si comportano all’opposto: si riscaldano in fretta e cedono subito molto calore all’aria. Se il carico termico è piccolo, l’impianto va rapidamente in temperatura e la pompa di calore può cominciare a ciclare.

Questo non significa che la pompa di calore sia incompatibile con i radiatori, ma che serve più attenzione nella progettazione quando si ha a che fare con abitazioni che usano questo tipo di terminale. Questo anche perché non è semplice passare ad una soluzione a pavimento radiante in una casa in cui già si vive.

Come si fa il calcolo e perché non è un lavoro fai-da-te

Come si sceglie allora la taglia giusta? Un dimensionamento corretto segue una sequenza precisa:

  1. Si calcola il carico termico di progetto stanza per stanza, tenendo conto di pareti, finestre e temperatura di progetto specifica della zona climatica
  2. Si analizza come varia il carico termico al variare della temperatura esterna lungo le stagioni
  3. Si verifica l’impianto di emissione esistente: pavimento radiante o radiatori
  4. Si valutano i consumi di acqua calda sanitaria e le abitudini degli occupanti
  5. Si sceglie la taglia di macchina sulla base delle prestazioni in tutte le condizioni di funzionamento previste durante l’anno, minimizzando i cicli di accensione e spegnimento e garantendo allo stesso tempo le condizioni di comfort
  6. Si dimensionano di conseguenza tutti gli altri componenti dell’impianto: tubi, accumuli, valvole, etc.

Nessuno di questi passaggi è banale. Affidarsi a un dimensionamento “a occhio” o per analogia con la caldaia esistente è il modo più rapido per ritrovarsi con una macchina sbagliata: troppo grande, troppo piccola, o inadatta all’impianto di emissione.

Va fatta una precisazione: per una casa nuova o con involucro risanato è quasi sempre possibile trovare una soluzione di pompa di calore sensata tecnicamente ed economicamente. Nel caso di edifici più datati, senza isolamento termico e con vecchie finestre, questo non è sempre il caso: per coprire il carico massimo invernale servirebbe una macchina grande e costosa, che nelle mezze stagioni, quando il carico termico si abbassa, cicla continuamente con tutti i problemi di cui sopra.

In questo caso è meglio selezionare una pompa di calore sottodimensionata e prevedere una soluzione di integrazione per i picchi di potenza. Come si fa… lo vediamo nel prossimo articolo.

FAQ rapida

  • Posso usare la stessa potenza della mia vecchia caldaia?
    Non direttamente. Le caldaie residenziali sono quasi sempre sovradimensionate rispetto al fabbisogno reale. Usare quella potenza come riferimento porta quasi certamente a una pompa di calore troppo grande.
  • Meglio una pompa un po’ più grande o un po’ più piccola?
    Tendenzialmente meglio leggermente sottodimensionata (con integrazione per i picchi) che sovradimensionata. Il ciclaggio frequente è più dannoso di qualche ora all’anno in cui interviene l’integrazione.
  • Quali sono i rischi del ciclaggio frequente?
    Ogni avvio del compressore è un picco di assorbimento elettrico e uno stress meccanico per i componenti. Con cicli frequenti i consumi salgono, la vita utile del compressore si riduce e la temperatura in casa diventa meno stabile. Le macchine moderne con compressore inverter limitano il problema, ma non lo eliminano se la taglia di partenza è sbagliata.
  • Con i miei radiatori vecchi posso installare la pompa di calore?
    Spesso sì. I radiatori esistenti sono stati spesso dimensionati con ampi margini. Va comunque verificato con un calcolo, non assunto per scontato.

Per approfondire

Articolo di Roberto Fedrizzi, co-fondatore di Enerways.

Torna su
Richiedi una consulenza