La crescente diffusione delle pompe di calore, in particolare in ambito residenziale sia per la climatizzazione sia per la produzione di acqua calda sanitaria, richiede un'attenta progettazione degli impianti e la scelta di componenti specifici per garantire efficienza, sicurezza e affidabilità.
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Tipologie e configurazioni impiantistiche
Negli ultimi anni, l’adozione delle pompe di calore ha registrato una crescita significativa, sostenuta da politiche di incentivazione, normative ambientali più stringenti e una crescente attenzione alla riduzione delle emissioni di CO₂. La transizione energetica verso fonti più sostenibili ha favorito la diffusione di questi sistemi, considerati una delle soluzioni più efficienti per il riscaldamento e la climatizzazione degli edifici, sia in ambito residenziale che terziario.
Le pompe di calore idroniche si suddividono principalmente in tre tipologie: aria-acqua, acqua-acqua a circuito chiuso e acqua-acqua a circuito aperto. Tra le diverse soluzioni disponibili, le pompe di calore aria-acqua si confermano le più diffuse, grazie alla loro semplicità di installazione, all’assenza di perforazioni o scavi e alla versatilità applicativa in molteplici contesti impiantistici. Non richiedendo una fonte idrica dedicata, risultano ideali anche in aree urbane o laddove non è disponibile una falda o un bacino d’acqua sfruttabile.
Tuttavia, per una corretta progettazione ed efficienza di sistema, è fondamentale conoscerne le varie configurazioni possibili, ognuno dei quali presenta specificità tecniche, vantaggi e vincoli in termini di installazione, rendimento stagionale e protezione dal gelo:
- Monoblocco: tutto il circuito frigorifero si trova all’esterno, semplificando l’installazione ma esponendo parte dell’impianto al gelo;
- Refrigerant split: collega l’unità esterna e interna tramite circuito frigorifero, comportando vincoli normativi e necessità di patentino gas;
- Hydrosplit: collega le due unità tramite circuito idraulico, eliminando il passaggio del refrigerante all’interno dell’edificio e semplificando gli interventi.
Le diverse tipologie di macchine e la filosofia progettuale influenzano la scelta di alcuni componenti all’interno dell’impianto e la loro disposizione: valvole antigelo, separatori idraulici e sistemi di accumulo inerziale. Questi ultimi risultano fondamentali per effettuare i cicli di sbrinamento e per la stabilità di funzionamento di tutto il sistema.
Dimensionamento rapido e criteri di scelta
Un altro tema centrale riguarda il dimensionamento dei componenti. Le tabelle proposte all’interno della monografia sulla componentistica per impianti a pompa di calore (a pagina 8 e 9), forniscono un supporto pratico e veloce per individuare i componenti corretti da installare in base alle caratteristiche di potenza della macchina e portata dell’impianto.
Ogni componente ha un metodo di dimensionamento differente in base al suo principio di funzionamento. Per fare alcuni esempi:
- Le valvole antigelo vanno selezionate in funzione del diametro delle tubazioni e della temperatura massima di mandata della macchina.
- I defangatori devono essere scelti considerando la velocità del fluido al loro interno ed evitando eccessive perdite di carico. Per la corretta separazione delle impurità è importante, infatti, non superare la velocità massima di 1,2 m/s.
- Per gli accumuli inerziali è essenziale rispettare un volume minimo di acqua nell’impianto tra 2,5 e 3,5 litri/kW per evitare discontinuità di funzionamento, in particolare nelle fasi di produzione ACS (acqua calda sanitaria).
Valvole antigelo, separatore idraulico e valvole di by-pass
Le valvole antigelo rappresentano una valida alternativa al glicole. Evitando l’utilizzo di quest’ultimo, infatti, si possono eliminare le problematiche ambientali (essendo il glicole un agente inquinante) e gli alti costi di manutenzione legati alla sua gestione e smaltimento.
Il comportamento delle valvole antigelo varia in base alla configurazione del sistema. Se il gruppo di caricamento automatico è aperto, l’impianto viene mantenuto costantemente in pressione, assicurando la continuità operativa della valvola. Nel caso di gruppo di caricamento chiuso, invece, entra in funzione il dispositivo rompivuoto integrato nella valvola, che consente uno scarico controllato e sicuro del fluido. Su questo punto esistono approcci progettuali differenti. Per questo motivo è fondamentale una valutazione attenta e personalizzata nella fase di progettazione dell’impianto.
Il separatore idraulico inerziale (o volano termico) rappresenta un elemento chiave per il corretto funzionamento dell’impianto e garantisce stabilità al sistema, in particolare durante i cicli di sbrinamento della pompa di calore e nelle fasi di parzializzazione del carico termico.
L’accumulo inerziale ha varie modalità di installazione: configurazioni in linea (su mandata o sul ritorno), a tre o quattro tubi come separatore idraulico e in impianti ibridi, con doppia generazione (pompa di calore + caldaia a gas), dove assicura una gestione ottimale del contributo delle due fonti energetiche. Nei sistemi di questo tipo, con pompa di calore e caldaia a gas, il separatore assicura la gestione ottimale del contributo delle due fonti energetiche.
Nei casi in cui l’accumulo inerziale non svolge la funzione di separatore idraulico, assume un ruolo centrale la valvola di by-pass differenziale. Questo componente è essenziale per garantire la portata minima necessaria al corretto funzionamento della pompa di calore, contribuendo a far operare l’intero sistema nelle condizioni ottimali. La sua presenza è particolarmente rilevante negli impianti privi di circuito secondario, dove impedisce lo stallo della macchina durante la fase di protezione antigelo. Il dimensionamento della valvola deve essere eseguito nella fase di progettazione, facendo riferimento ai diagrammi forniti dai produttori, e incrociando accuratamente i parametri di portata e pressione differenziale. In fase di installazione, la taratura deve essere verificata. Qualora non sia stata effettuata precedentemente in sede progettuale, può essere eseguita in modo empirico seguendo le indicazioni operative fornite dai produttori.
Una soluzione innovativa presentata proprio quest’anno da Caleffi è la valvola deviatrice con by-pass differenziale integrato. Ideale in retrofit, questa valvola unisce più funzioni in un unico corpo compatto, semplificando l’installazione e riducendo lo spazio necessario all’interno della centrale termica.
Domande frequenti
Quali sono i componenti principali di una pompa di calore hydrosplit?
Nella configurazione hydro-split, l’intero circuito del gas refrigerante è sigillato all’interno dell’unità esterna. Questo comporta un vantaggio significativo in termini di sicurezza, poiché all’interno dell’abitazione non sono presenti tubazioni contenenti gas refrigerante. Tuttavia, un possibile svantaggio di questa soluzione è rappresentato dalla presenza di linee idrauliche posizionate all’esterno, che risultano esposte al rischio di gelo nei periodi più freddi. La pompa di calore hydro-split è costituita da due unità: un modulo idronico, installato all’interno dell’edificio, e un’unità esterna che provvede allo scambio termico con l’aria esterna. L’unità interna è dotata dei principali componenti per la gestione idraulica del circuito: circolatore, vaso di espansione, flussostato, valvola di sfogo aria e valvola di sicurezza. L’unità esterna, invece, integra gli elementi del ciclo frigorifero: compressore, valvola di espansione, ventilatore e scambiatore a piastre per il trasferimento di calore tra il fluido refrigerante e l’acqua.
In fase di produzione ACS il serbatoio inerziale è escluso: il contenuto d'acqua potrebbe essere inferiore al minimo richiesto?
No, perché la pompa di calore sta lavorando in modalità ACS e, di conseguenza, non avrà necessità di svolgere cicli antigelo. Quest’ultima funzione è quella che necessita la presenza del serbatoio inerziale.
Cosa accade se la valvola antigelo interviene portando la pressione dell’impianto a zero e il gruppo di caricamento è chiuso?
La pressione dell’impianto risulta a zero perché le valvole antigelo hanno scaricato tutta l’acqua intervenendo con il rompivuoto. In questo caso, non c’è successivo rischio di congelamento perché le tubazioni sono vuote, perciò si dovrà intervenire manualmente per riempire nuovamente l’impianto prima di farlo ripartire.
Se si garantisce il passaggio d'acqua sempre aperto all'impianto (senza intercettazioni), si può usare l'emissione dell'impianto come volano inerziale?
Dipende dal volume degli emettitori, se soddisfano il volume minimo richiesto dalla PDC. Inoltre, il nostro product manager aggiunge che bisogna raffreddare gli ambienti che ha appena scaldato.
Come cambia il funzionamento del volano termico utilizzato come separatore idraulico (a 3 o 4 vie) in modalità raffrescamento? È consigliabile installare valvole a 3 vie per il cambio di stagione?
Sia in modalità riscaldamento sia modalità raffrescamento si mantengono gli stessi vantaggi e limiti (es. collegamento diretto macchina-utenze nel caso dell’installazione a tre tubi).
Per quanto riguarda la distribuzione della temperatura all’interno dell’accumulo stesso dobbiamo ricordare che sono soprattutto le portate ad avere influenza sul funzionamento del separatore idraulico. Inoltre, in modalità raffrescamento il ΔT è di 5°C e i volumi in gioco non sono paragonabili a quelli di un accumulo di ACS, di conseguenza anche la stratificazione risulta meno marcata. Per quanto detto sopra, non è necessaria l’installazione di valvole a 3 vie per il cambio stagione.
Nel caso in cui si utilizzi l’accumulo inerziale come separatore idraulico, la valvola di bypass serve solo per non sforzare il circolatore quando la maggior parte dei circuiti sono chiusi?
Nel caso di installazione dell’accumulo inerziale come separatore idraulico, si perde la necessità di utilizzare la valvola di by-pass in quanto vi è sempre aperta la terza via all’interno del separatore stesso.
Una volta che le valvole antigelo scaricano, vanno sostituite?
Non è necessario sostituire la valvola antigelo dopo lo scarico perché la valvola chiude il passaggio di scarico e riprende il normale funzionamento.
Posso utilizzare la valvola di bypass differenziale come separatore idraulico e contemporaneamente installare un inerziale in serie, al fine di evitare la miscelazione dell'acqua soprattutto in regime estivo?
Possiamo utilizzare la configurazione con accumulo inerziale installato in linea e valvola di bypass come alternativo alla configurazione con l’accumulo come separatore idraulico. In questo caso si ottengono i vantaggi dell’installazione in linea, tra cui la continuità di emissione verso le utenze o verso la macchina.
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