28 Ottobre 2021

Pompa di calore o caldaia? Performance, durata e costi a confronto

Pompa di calore o Caldaia

Pompa di calore o caldaia: quale scegliere? Pensando al sistema migliore per riscaldare un ambiente, che si tratti di casa o azienda, probabilmente sarà già emersa questa domanda.

Sia l’impianto a pompa di calore sia l’impianto gestito da una caldaia sono validi, ognuno con caratteristiche proprie. Ma prima di arrivare alla scelta definitiva, è necessario aver ben chiari alcuni aspetti fondamentali.

Esistono soluzioni di vario tipo. Si potrebbe anche non scegliere per forza tra pompa di calore o caldaia. Esistono infatti gli impianti ibridi: la caldaia ibrida è un sistema termico in cui pompa di calore e caldaia coesistono ed entrano in funzione a seconda della necessità, con evidenti benefici in bolletta.

Continua a leggere: in questo articolo spiegheremo cosa sono le pompe di calore e come funzionano. Inoltre, le metteremo a confronto con le caldaie in termini di performance, durata, resa nel tempo, costi e impatto ambientale, un argomento mai come oggi così al centro dell’attenzione.

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Cos’è e come funziona la pompa di calore?

Gli impianti a pompe di calore sono sistemi che riscaldano o raffrescano un edificio utilizzando l’energia dell’ambiente esterno.

Il riscaldamento con pompe di calore diminuisce le emissioni in atmosfera, perfettamente in linea con la ricerca di energie rinnovabili e uno sviluppo sostenibile.

Come è possibile “spostare” caldo e freddo dall’esterno all’interno di un edificio? 

raffrescare un locale con aria calda

Per raffrescare un locale con aria calda servono tre fasi:

  1. Acquisizione aria calda: immaginiamo di racchiudere aria a 35 °C in un cilindro con pistone mobile.
  2. Espansione: facciamo poi espandere quest’aria in modo che il volume occupato superi del 20 % quello iniziale. Ciò provoca un raffreddamento dell’aria perché:
    - dopo l’espansione, la quantità di calore iniziale deve riscaldare un volume d’aria più grande
    - l’energia che serve per l’espansione è sottratta all’aria contenuta nel cilindro (teoria dei fluidi). Nel nostro caso, la temperatura dell’aria diminuisce da 35 a 13,3 °C
  3. Raffrescamento: spostiamo il cilindro con aria a 13,3 °C in un locale con temperatura a 26 °C. L’aria contenuta nel cilindro è in grado di raffrescare il locale: è quindi possibile raffrescare un locale ricorrendo all’artificio di far espandere e spostare una massa d’aria più calda.

riscaldare un locale con aria fredda

Anche per riscaldare un locale con aria fredda sono necessarie tre fasi, speculari a quelle sopracitate:

  1. Acquisizione aria fredda: immaginiamo di racchiudere aria a 10 °C in un cilindro con pistone mobile.
  2. Compressione: comprimiamo poi quest’aria in modo che il volume occupato sia inferiore del 20 % rispetto a quello iniziale. Questo comporta un riscaldamento dell’aria:
    - dopo la compressione, la quantità di calore iniziale riscalda un volume d’aria più piccolo 
    - l’energia che serve per la compressione è ceduta all’aria contenuta nel cilindro (teoria dei fluidi). In questo caso la temperatura dell’aria cresce da 10 a 36,4 °C
  3. Riscaldamento: quando spostiamo il cilindro con aria a 36,4 °C in un locale con temperatura a 20 °C. L’aria contenuta nel cilindro è in grado di riscaldare il nostro locale grazie alla compressione e allo spostamento di una massa d’aria più fredda.

Pompa di calore aria-acqua: vantaggi energetici

Abbiamo visto che è possibile riscaldare un locale attingendo da fonti rinnovabili, rendendo il sistema davvero sostenibile in termini ambientali. Gli impianti a pompe di calore prendono il nome dal tipo di energia che assorbono dall’ambiente. Esistono infatti:

  • pompe di calore aria-aria
  • pompe di calore terra-acqua
  • pompe di calore aria-acqua
  • pompe di calore acqua-acqua

In Italia le pompe di calore aria-acqua sono molto diffuse e consentono di recuperare energia dall'aria esterna e utilizzarla per riscaldare l'acqua contenuta nei termosifoni o alimentare la serpentina del riscaldamento a pavimento.

Attingendo ad una fonte di energia gratuita e sempre disponibile, l’aria, è possibile risparmiare in maniera considerevole. Se poi si decide di abbinare pompe di calore e fotovoltaico, una parte dell’elettricità necessaria per azionare la pompa di calore sarà fornita dall’energia solare, ottenendo così un ulteriore beneficio in bolletta e per l’ambiente. Vediamo più nel dettaglio queste fonti di energia naturale.pompa di calore aria

Aria:

come sorgente di calore può essere utilizzata sia l’aria esterna sia l’aria interna di ricambio. L’aria esterna è sempre disponibile, non richiede mezzi di captazione costosi e per il suo uso non servono autorizzazioni.

Le temperature al di sotto dei 5-6 °C abbassano molto le prestazioni delle pompe di calore e può essere necessario adottare sistemi integrativi per la produzione del calore. Per l’aria di ricambio (normalmente disponibile a circa 20 °C) non esiste questo tipo di inconveniente però è disponibile solo in quantità limitate.

pompe di calore acqua

Acque di superficie:

le acque del mare, dei laghi, dei corsi d’acqua e degli stagni possono essere utilizzate come sorgenti di calore anche quando, durante i mesi più freddi, le temperature si abbassano notevolmente o arrivano addirittura a gelare.  Tuttavia, come nel caso dell’aria esterna, il loro uso può richiedere sistemi integrativi per la produzione del calore.

pompe di calore sottosuolo

Sottosuolo:

il terreno conserva una notevole quantità di energia, di origine soprattutto solare e geotermica. L’energia solare è accumulata a bassa profondità, mentre l’energia geotermica è prevalentemente accumulata nelle zone più profonde. Per utilizzare l’energia del sottosuolo ci si serve di:

  • Acque di falda
  • Collettori orizzontali (tubi in materiale plastico che derivano calore da bassa profondità)
  • Sonde verticali (tubi in materiale plastico inseriti in fori profondi 100-200 m)
  • Pali energetici (tubi in materiale plastico inseriti nei pali di cemento delle fondazioni)

Aria, acqua o sottosuolo? La scelta di attingere ad una specifica sorgente di energia dipende essenzialmente da alcuni fattori:

  • le caratteristiche dell’ambiente esterno
  • le possibili limitazioni d’ordine normativo
  • le prestazioni richieste dall’edificio da climatizzare
  • il costo dell’impianto

funzionamento pompa di calore

I principali componenti della pompa di calore.

Le pompe di calore sono generatori utilizzati sia per riscaldare sia per raffreddare: come funzionano meccanicamente? Una pompa di calore per funzionare deve essere dotata di:

  • Compressore
  • Condensatore
  • Valvola di espansione
  • Evaporatore

compressore pompe di calore

Il compressore comprime il fluido intermedio innalzandone la temperatura.condensatore pompe di calore

Il condensatore consente al fluido intermedio (che passa da vapore a liquido) di cedere calore al fluido caldo.Valvola di espansione pompe di calore

La valvola di espansione fa espandere il fluido intermedio abbassandone la temperatura

evaporatore pompe di calore

L’evaporatore consente al fluido intermedio (che passa da liquido a vapore) di assorbire calore dal fluido caldo.

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Quanto consuma una pompa di calore?

Determinare quanto consuma una pompa di calore è un argomento complesso.
Di solito si utilizzano criteri quali il COP - Coefficient of performance, ovvero “Coefficiente di prestazione” che misura la quantità di calore immesso (riscaldamento) in un sistema rispetto al lavoro impiegato.

Il COP prende in considerazione l’energia richiesta dal compressore e dai mezzi ausiliari integrati nella pompa di calore (dispositivi antigelo, apparecchiature di regolazione e controllo, circolatori, ventilatori). Ancora più preciso è il COPA (COP Annuale), il valore dato dal rapporto fra il calore ceduto al fluido caldo in un anno e l’energia totale richiesta per far funzionare l’impianto.

Il COPA è il coefficiente più importante da considerare nel calcolare i costi di gestione di un impianto di riscaldamento a pompa di calore e, a seguire, i relativi tempi di ammortamento.

Calcolare quanto consuma una pompa di calore rimane tuttavia un’operazione complicata perché intervengono variabili quali:

  • le variazioni di temperatura della sorgente fredda
  • il sistema di distribuzione e i terminali utilizzati
  • il tipo di regolazione che gestisce l’impianto
  • il tipo di regolazione che gestisce la pompa di calore

Se il consumo di una pompa di calore va valutato caso per caso, è possibile però orientarsi con maggior precisione sui criteri utili per dimensionare una pompa di calore.

pompe di calore dimensionamento efficienza energetica

Come dimensionare una pompa di calore efficiente?

La pompa di calore reintegra l'energia termica dispersa dall'edificio (ad esempio, attraverso i serramenti o il tetto) mantenendo così costante la temperatura interna. Questo valore è detto fabbisogno termico, fondamentale per capire come dimensionare una pompa di calore.

Il fabbisogno termico di solito è indicato nell'APE (Attestato di Prestazione Energetica). Se l'APE non è disponibile, si potrà determinare ugualmente il fabbisogno termico facendo riferimento ai gradi giorno del comune di riferimento in cui si trova l'abitazione.

Un numero basso di gradi giorno indica le zone più calde (minor utilizzo di riscaldamento); un numero alto indica le zone più fredde, dove il riscaldamento dovrà rimanere acceso più a lungo.  Qui un esempio aggiornato di rilevazione gradi giorno di Arpa Piemonte.

Grazie al valore dei gradi giorno è possibile calcolare la potenza termica (kW) della pompa di calore richiesta dell'edificio grazie alla formula: 

Potenza termica nominale (kW) = fabbisogno termico annuale*(20 °C – Temperatura esterna progetto) / gradi giorno/ ore funzionamento riscaldamento

Il risultato, oppure il valore indicato nel fabbisogno termico (APE), diventerà il criterio su cui basarsi per scegliere la pompa di calore più adatta a garantire il raggiungimento di una temperatura interna confortevole.

È utile ricordare che non esiste a priori un dimensionamento preciso al 100 %: sarà compito del tecnico specializzato tenere in considerazione tutte le variabili del caso specifico, (abitudini e richieste del cliente, presenza sistemi di accumulo, ecc) ed evitare sovra- o sottodimensionamenti della pompa di calore.

Per approfondire l’argomento, guarda il webinar con domande e risposte dal titolo
"Da caldaia a pompa di calore: il retrofit della centrale termica"

Pompa di calore per riscaldamento

Le prestazioni delle pompe di calore aumentano col diminuire della differenza di temperatura fra la sorgente fredda e il fluido caldo: per questo motivo è consigliabile riscaldare con basse temperature.

I principali tipi di impianto sono:

  • Impianti ad aria, realizzati con pompe di calore aria-aria o aria-acqua. Nel primo caso, soprattutto in ambito residenziale, la pompa di calore alimenta solitamente gli split interni (sistemi di emissione che veicolano l’aria) attraverso un refrigerante. Nel secondo caso, invece, utilizzato soprattutto in ambito commerciale, la pompa di calore fornisce acqua calda per la batteria delle unità di trattamento aria.
  • Impianti a ventilconvettori, normalmente utilizzati per climatizzare uffici, negozi, alberghi, case di cura. Se usati con pompe di calore devono essere in grado di poter funzionare a basse temperature (40-45 °C); se installati in camere, vanno adottati modelli con ventilatori a bassa rumorosità.

Esistono altri due tipi di impianti: gli impianti a pannelli radianti e gli impianti a radiatori.

Pompa di calore per riscaldamento a pavimento

Gli impianti a pannelli radianti sono sistemi di riscaldamento che utilizzano il calore proveniente da tubazioni collocate dietro le superfici dell'ambiente da riscaldare. Si suddividono principalmente in tre categorie:

  • pannelli radianti a pavimento
  • pannelli radianti a parete
  • pannelli radianti a soffitto

Sono molto diffuse le pompe di calore per riscaldamento a pavimento: consentono un buon utilizzo dell’impianto perché funzionano a basse temperature. Negli impianti a pompa di calore per riscaldamento a pavimento è buona regola abbassare il più possibile le temperature grazie all’utilizzo di pannelli con piccoli interassi (10-15 cm).

Caldaia a pompa di calore per termosifoni

Gli impianti a radiatori sono utilizzati di solito dove non è possibile impiegare i pannelli, ad esempio nel caso di ristrutturazioni o di interventi di tipo conservativo. Il principale limite di questo tipo di impianti è dovuto al fatto che per poter funzionare a basse temperature richiedono soluzioni molto ingombranti e all’impossibilità di raffrescare coi radiatori.

Gli impianti a termosifoni di vecchia generazione sono dimensionati per funzionare a temperature elevate, indicativamente 65-70 °C. In questo caso si può pensare di usare la pompa di calore per termosifoni nelle stagioni di passaggio oppure in giornate non troppo fredde.

Nel caso di radiatori più recenti e performanti, dimensionati per funzionare a temperature inferiori, la caldaia con pompa di calore per termosifoni potrà essere utilizzata anche durante le stagioni più fredde.

Pompa di calore per termosifoni ghisa

Un caso particolare è rappresentato dalla pompa di calore per termosifoni in ghisa. Se in generale vale quanto detto relativamente alla caldaia a pompa di calore per termosifoni, non va sottovalutata l'inerzia termica che hanno i corpi scaldanti in ghisa rispetto a quella di radiatori in acciaio o alluminio, molto più rapidi ad andare in temperatura.

Un altro punto chiave da considerare è la presenza di impurità nei radiatori in ghisa, sicuramente molto maggiore rispetto a quella degli altri corpi scaldanti, che potrebbe danneggiare la pompa di calore.

Leggi l'articolo "Soluzioni contro le impurità dell’impianto di climatizzazione"

Nonostante l’innegabile fascino dei termosifoni in ghisa, è da prendere in considerazione l'idea di sostituire anche i corpi scaldanti esistenti con modelli nuovi e più performanti da abbinare alla pompa di calore. Ne abbiamo parlato qui.

installazione pompe di calore come risparmiare

Come risparmiare sul costo dell'installazione del condizionatore a pompa di calore?

L’installazione della pompa di calore ha un costo iniziale generalmente più elevato di quello di una caldaia tradizionale. Un’ottima occasione per risparmiare è offerta dalla legge di bilancio 2021: il provvedimento garantisce un bonus del 50 % oppure del 65 % ai contribuenti che acquisteranno un condizionatore a pompa di calore, con o senza ristrutturazione, senza limiti ISEE.

L’unica condizione dettata dall’Agenzia delle Entrate è che la richiesta del bonus condizionatori 2021 sia inserita nella categoria di lavori di manutenzione straordinaria, e dovrà essere dimostrabile l’aumento del livello di efficienza energetica degli edifici già esistenti.

Incentivi fiscali per pompe di calore: il bonus condizionatori

Il bonus condizionatori è una agevolazione che possono richiedere tutti coloro che decidono di acquistare o sostituire i propri condizionatori con quelli a pompa di calore a risparmio energetico.

Il bonus condizionatori comprende: 

  • pompe di calore
  • climatizzatori a basso consumo energetico
  • deumidificatori d’aria

Lo sconto applicabile è variabile:

  • Sconto del 50 % per l’acquisto di condizionatore per una ristrutturazione ordinaria di casa o del condominio
  • Bonus del 50 % per l’acquisto di climatizzatore in classe energetica almeno A+ durante le ristrutturazioni straordinarie 
  • Detrazione del 65 % per l’acquisto di un nuovo condizionatore a pompa di calore ad alta efficienza energetica per sostituirne uno di classe inferiore

Per capire se questa iniziativa, valida fino al 31 dicembre 2021, sarà prorogata anche nel 2022 e oltre, sarà utile tenere monitorato il sito dell’Agenzia delle Entrate riqualificazione energetica dove sono pubblicate informazioni ufficiali e aggiornate.

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Come intervenire sull'impianto di riscaldamento quando si installa una pompa di calore?

Quando si decide di installare una pompa di calore su un impianto di riscaldamento preesistente è indispensabile controllare tutti gli elementi che compongono l’impianto termico:

  • generatore
  • sistema di distribuzione (tubazioni, pompe, collettori)
  • il sistema di emissione (i terminali come radiatori, convettori, superfici radianti)
  • il sistema di regolazione

Anche se si decide di sostituire solo il generatore è sempre utile esaminare l’impianto di riscaldamento nel suo complesso, con particolare attenzione al sistema di distribuzione ed emissione. Questo passaggio è importante perché determina la compatibilità dei circuiti esistenti con un sistema termico a bassa temperatura, tipico delle pompe di calore.

Altri aspetti di fondamentale importanza quando si installa una pompa di calore riguardano la rumorosità e l’ubicazione.

Rumorosità:

Le pompe di calore possono essere molto rumorose, specie quelle ad aria e quelle previste per installazioni esterne.

Per limitare i rumori trasmessi per via solida si possono installare le pompe di calore con supporti elastici e con collegamenti (ai tubi del circuito e ai canali d’aria) a giunti antivibranti.  

Per gestire i rumori trasmessi per via aerea, vanno considerati i valori di pressione sonora forniti dai produttori e, se necessario, devono essere adottate misure (ad esempio mettendo in opera barriere fonoassorbenti) in grado di mantenere la rumorosità entro i limiti fissati dalle norme.

Ubicazione interna:

  • Installazione in locali tecnici: i locali tecnici riservati alle pompe di calore devono essere protetti dal gelo ed assicurare un accesso agevole nonché il rispetto degli spazi richiesti dal costruttore. Con pompe di calore che utilizzano l’aria esterna, le bocche di ripresa e di espulsione non vanno poste sulla stessa parete del locale per evitare cortocircuitazioni dell’aria. Se non si può, è preferibile ricorrere a particolari accorgimenti.
  • Installazione in locali interni: nei locali interni (ad esempio cucine e vani di servizio) possono essere collocate solo pompe di calore espressamente realizzate per questo tipo di installazione. In genere sono pompe di calore preassemblate con un bollitore che serve da tampone e per produrre acqua calda sanitaria.

In mancanza di spazio e per specifiche tipologie, la soluzione ideale è installare la pompa di calore all’esterno.

installazione pompe di calore all’esterno

Dove posizionare l’unità esterna pompa di calore

L’installazione esterna è utilizzata principalmente con le pompe di calore del tipo aria-aria e aria-acqua. Le pompe di calore da esterno dovranno essere dotate di supporti antivibranti e collocate su superfici piane e rigide, rispettando gli spazi tecnici minimi richiesti dal costruttore.

In questo caso è bene dotarsi di valvole antigelo per scongiurare il verificarsi di possibili danni alla macchina ed alle tubazioni dovuto alle temperature rigide.

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manutenzioni periodiche pompe di calore

Manutenzioni periodiche dell’impianto

A differenza della caldaia a gas, che prevede per legge una revisione annuale con misurazione dei fumi, la manutenzione dell’impianto a pompa di calore fino a 35 kW (valore che riguarda la maggioranza di abitazioni private) non è soggetto a obblighi di legge.

È comunque consigliata una manutenzione ordinaria periodica al fine di garantire buone prestazioni nel tempo. Dando per scontata l’installazione dell’impianto con pompa di calore a regola d’arte, sarà buona abitudine:

  • un trattamento acqua con condizionanti chimici per la pulizia e la protezione dell’impianto
  • una pulizia periodica del filtro o defangatore dell’impianto e dei terminali in ambiente (unità interne, ventilconvettori)
  • togliere barriere fisiche di qualsiasi tipo che impediscano la ventilazione delle unità esterne (sacchetti, foglie secche, vasi di fiori, ecc.)
  • mantenere all'interno dell’ambiente una temperatura di comfort costante, pari a 25-27 °C in estate e a 18-22 °C in inverno

Tutte queste operazioni sono svolte dal tecnico specializzato di fiducia o dal centro assistenza consigliato dal costruttore di pompe di calore.

Trattamento acqua dell’impianto

Il trattamento dell’acqua incide in maniera determinante sul funzionamento e sulla resa dell’impianto della pompa di calore nel tempo. Di solito i produttori, all’interno della documentazione tecnica dei loro prodotti, ricordano che l’impianto deve essere caricato e mantenuto con le caratteristiche dell’acqua riportate nella norma norma UNI 8065:2019.

Sarà indispensabile dotarsi di filtri e dispostivi ad hoc come:

Abbiamo approfondito il tema trattamento acqua impianto in questo webinar oppure in questo file scaricabile gratuitamente

Confronto: pompa di calore o caldaia?

Abbiamo visto come funziona una pompa di calore e quali sono le principali caratteristiche di questo tipo di impianti. Nello schema che segue ecco le principali differenze tra pompa di calore e caldaia:

Consumi

Pompa di calore

Caldaia

Emissioni nocive per l’ambiente ridotte

Funzionalità e resa ottimale anche in presenza di basse temperature esterne

Utilizza una fonte di energia rinnovabile; l’energia elettrica alimenta solamente il compressore

Risparmio inferiore in bolletta rispetto alla pompa di calore se le condizioni climatiche esterne sono avverse

Consumo energetico maggiore rispetto a caldaia in condizioni esterne avverse

 

Costo dell’energia elettrica

Costo del combustibile

Costi di installazione

Pompa di calore Caldaia

Investimento economico iniziale più elevato

Investimento economico iniziale inferiore

Necessita di uno spazio all’aperto dove collocare l’unità esterna

Allaccio alla rete del gas metano

 

Obbligatorio lo scarico a tetto o a parete

 Incentivi

Pompa di calore

Caldaia

Superbonus 110 % e incentivi Bonus condizionatori 2021 (al 65 % e 50 %)

Superbonus 110 % (classe A) e incentivi Ecobonus 65 % - 50 % (classe A)

Manutenzione

Pompa di calore Caldaia

Fino a 35 kW (valore che riguarda la maggioranza di abitazioni private) non è soggetto a obblighi di legge

Prevista per legge almeno una volta all’anno

Resa nel tempo

Pompa di calore Caldaia

In contesti ottimali l’impianto mantiene un’elevata resa nel tempo, previa installazione eseguita nel modo corretto, manutenzione ordinaria e adeguato trattamento dell’acqua. Sarà determinante un efficiente isolamento termico dell’edificio

Controlli periodici regolari e l’utilizzo di valvole termostatiche intelligenti assicurano una resa prolungata nel tempo


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Ultima modifica: 
28 Ottobre 2021
Consigli utiliFonti rinnovabiliImpianti a radiatoriTrattamento acqua
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