Pompe di calore: come funzionano e cosa comporta la loro manutenzione?
Le pompe di calore sono le nuove protagoniste del mondo del riscaldamento. Questi sistemi superano gli altri per diversi motivi e molti stati stanno introducendo nuove leggi e regolamenti per incoraggiarne l'utilizzo, anche perché salvaguardano l'ambiente e sono un alleato contro il cambiamento climatico. In questo articolo, diamo uno sguardo dettagliato ai punti cardine di questa tecnologia.
Perchè installare una pompa di calore?
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Perché i combustibili fossili stanno perdendo consenso:
Le preoccupazioni climatiche e ambientali stanno spingendo molti governi, specialmente in Europa, a incentivare la transizione dalle caldaie a gas e a combustibili fossili verso le pompe di calore elettriche. L'obiettivo di queste politiche è ridurre le emissioni di CO₂ e diminuire la dipendenza dal gas, il cui prezzo è soggetto a frequenti aumenti. In Francia, ad esempio, nuove normative entreranno in vigore nell'estate del 2021, privilegiando l'installazione di pompe di calore rispetto alle caldaie a combustione nei nuovi edifici residenziali. -
Perché le pompe di calore sono estremamente efficienti:
Le pompe di calore offrono un'efficienza energetica superiore rispetto alle migliori caldaie a condensazione. Tuttavia, quando la temperatura esterna scende al di sotto di -7°C, le prestazioni possono diminuire significativamente. Esistono soluzioni di installazione avanzate che permettono alle pompe di calore di funzionare efficacemente anche in climi più freddi. -
Perché la tecnologia è consolidata e sicura:
Le pompe di calore funzionano esattamente allo stesso modo dei condizionatori e dei frigoriferi. Ciò significa che la tecnologia è collaudata ed è stata migliorata nel tempo, soprattutto in termini di manutenzione. -
Perché sono estremamente versatili quando si tratta di installazione:
La vasta gamma di configurazioni delle pompe di calore le rende adatte all'installazione in ogni tipo di edificio e ambiente. Ad esempio, è possibile sostituire una caldaia a combustione con una pompa di calore mantenendo invariato il circuito di riscaldamento esistente. Inoltre, possono essere utilizzate anche per riscaldare una piscina! -
Perché alcuni governi offrono incentive economici:
In alcuni Paesi, i governi offrono ai proprietari di case un supporto finanziario per la conversione da sistemi di riscaldamento a gas e olio a pompe di calore. Ad esempio, in Italia, è possibile beneficiare di detrazioni fiscali fino al 65% attraverso l'Ecobonus per l'installazione di pompe di calore, rendendo l'investimento più accessibile.
Come funziona una pompa di calore?
Le temperature e le potenze menzionate in questo diagramma sono indicative, possono variare.
Una pompa di calore porta il calore dall'esterno di un edificio all'interno. Consiste in un circuito frigorifero che trasporta calore (energia termica) attraverso un processo di cambiamento di stato:
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Step 1: All'esterno dell'edificio, l'evaporatore scambia calore con l’ambiente, riscaldando il fluido del circuito. Questo fluido evapora ad una temperatura estremamente bassa ed è costituito principalmente da un liquido a bassa pressione. Assorbendo calore, il liquido evapora. Il gas viene quindi compresso, aumentando notevolmente la sua temperatura.
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Step 2: All'interno dell'edificio, il gas caldo entra in un condensatore, dove riscalda l'acqua o l'aria del circuito di riscaldamento. Il fluido si raffredda e condensa, ritornando al suo stato (quasi) liquido. Il fluido passa quindi attraverso una valvola di espansione, dove l'improvvisa caduta di pressione provoca un brusco abbassamento della temperatura - e il ciclo ricomincia dalla fase 1!
In altre parole, una pompa di calore funziona esattamente allo stesso modo di un condizionatore d'aria, ma l'intero processo funziona al contrario. Ecco perché esistono sistemi a pompa di calore reversibile (noto come "inverter"), che mantengono un edificio fresco d'estate e caldo d'inverno. In estate, la parte esterna del sistema funziona da condensatore e la parte interna da evaporatore.
Per questa ragione, è importante scegliere sin dall'inizio la giusta configurazione della pompa di calore:
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Pompa di calore aria-acqua: Questo sistema è dotato di un'unità esterna che riscalda il fluido aspirando l'aria ambiente. Il fluido così riscaldato viene convogliato in un circuito di riscaldamento tradizionale a base d'acqua (come radiatori o riscaldamento a pavimento) e può fornire anche acqua calda sanitaria.
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Pompa di calore acqua-acqua: con questa configurazione, il refrigerante viene riscaldato da una sorgente geotermica come la falda freatica o un lago o un fiume. Questo sistema è più efficiente dal punto di vista energetico ed è più adatto a luoghi che hanno inverni molto freddi.
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Pompa di calore aria-aria (o acqua-aria): si tratta di un sistema di tipo "split" che utilizza l'aria calda per riscaldare l’utenza. Il suo vantaggio principale è che può essere invertito: in altre parole, può fungere da sistema di climatizzazione utilizzando esattamente la stessa macchina.
Poiché le pompe di calore assorbono il calore dall'aria esterna, le loro prestazioni diminuiscono notevolmente nei climi più freddi. Al di sotto di -7 ° C, il sistema richiede molta più energia per estrarre calore dall'aria fredda e riscaldare il refrigerante nell'evaporatore. Un consiglio utile è quello di posizionare l'ingresso dell'aria a una certa distanza dall'evaporatore e collegare i due con un tubo interrato. Con questa configurazione, nota come scambiatore di calore a terreno, il calore geotermico riscalda l'aria naturalmente mentre si muove sottoterra prima di raggiungere l'evaporatore.
Il principale indice dell'efficienza di una pompa di calore è il suo coefficiente di prestazione (COP). Ad esempio, un valore COP di 3 significa che il sistema fornisce 3kW di potenza termica per ogni 1kW di elettricità utilizzata per far funzionare la pompa. In effetti, questo significa che si ottengono 2kW di energia "gratuita" assorbendo il calore dall'esterno. Quindi è facile capire perché la temperatura esterna fa una così grande differenza per il valore COP di una pompa!
I nostri manifold Si-RM350 e Si-RM450 possono calcolare anche l'EER (Energy Efficiency Ratio), un indice che misura l'efficienza energetica dei sistemi di climatizzazione. L'EER rappresenta il rapporto tra la capacità di raffreddamento effettiva, espressa in BTU/h, e il consumo energetico in watt. Ad esempio, un EER di 10 indica che il sistema produce 10 BTU/h per ogni watt consumato.
Esistono indici di efficienza più specifici, come lo SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) e il SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio), che forniscono una valutazione più realistica delle prestazioni. Questi indicatori tengono conto delle variazioni delle temperature esterne durante una determinata stagione, offrendo una misura più accurata dell'efficienza energetica annuale di un sistema.
SCOP (Seasonal Coefficient of Performance):
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Modalità di funzionamento: Riscaldamento
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Periodo di misurazione: Intera stagione di riscaldamento
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Calcolo: Quantità totale di calore prodotta in una stagione / Quantità totale di energia consumata nello stesso periodo.
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Dettagli tecnici:
- Temperature di riferimento: Lo SCOP viene calcolato utilizzando quattro punti di funzionamento predefiniti: -7°C, +2°C, +7°C e +12°C.
- Climi di riferimento: Per il calcolo vengono utilizzati tre climi europei: clima caldo (Atene), clima temperato (Strasburgo) e clima freddo (Helsinki).
- Standard europeo: Lo SCOP è definito secondo lo standard ErP (Energy-related Products), che tiene conto delle prestazioni stagionali dell'apparecchio.
SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) o “efficienza di raffreddamento stagionale”:
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Modalità di funzionamento: Raffreddamento
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Periodo di misurazione: Intera stagione di raffreddamento
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Calcolo: Quantità totale di raffreddamento fornita in una stagione / Quantità totale di energia consumata nello stesso periodo
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Dettagli tecnici:
- Temperature di riferimento: Il SEER viene calcolato utilizzando temperature esterne medie comprese tra 13°C e 46°C.
- Condizioni di misurazione: Il SEER tiene conto delle variazioni di temperatura esterna durante la stagione di raffreddamento, ipotizzando una temperatura interna costante di 20°C e una temperatura esterna di riferimento a seconda della regione interessata.
- Etichetta energetica: Le unità di climatizzazione e le pompe di calore aria-aria riportano il SEER sull'etichetta energetica, consentendo ai consumatori di confrontare facilmente le prestazioni energetiche.
Manutenzione pompe di calore: cosa comporta?
L'affidabilità è uno dei grandi vantaggi delle pompe di calore. Il refrigerante è progettato per durare per sempre, a condizione che non vi siano perdite, il che è raro. Pensa a una pompa di calore come un frigorifero, che può funzionare per molti anni senza bisogno di manutenzione. Tuttavia, alcuni paesi come la Francia richiedono ora la manutenzione delle pompe di calore ogni due anni e ogni 5 anni per i sistemi ad alta potenza. Per i tecnici, questo significa ispezionare vari punti dell'impianto in ordine di priorità utilizzando un collettore, lo strumento più importante richiesto per questo tipo di lavoro e già ampiamente utilizzato per i sistemi di condizionamento.
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Rilevare le perdite di refrigerante:
Quando si verifica una perdita di gas refrigerante, l'intero sistema può essere compromesso. Il nostro rilevatore di gas refrigerante Si-RD3 è lo strumento ideale per individuare tali perdite. Una volta rilevata la perdita, è necessario svuotare il circuito, ripararlo e successivamente utilizzare una sonda di vuoto, come le Si-RV3 o Si-RV4, per garantire la tenuta stagna del sistema. -
Misurare la pressione sul lato alto e sul lato basso:
Un altro indicatore di una possibile perdita è la differenza (Delta) tra la pressione del lato ad alta pressione (surriscaldamento) e quella del lato a bassa pressione (sottoraffreddamento): se questa differenza è troppo ridotta, potrebbe indicare una perdita nel sistema. La misurazione accurata di questi parametri è fondamentale per valutare l'efficienza operativa della pompa di calore e verificare il corretto funzionamento del compressore e della valvola di espansione. Per eseguire entrambe le misurazioni contemporaneamente, è consigliabile utilizzare un manometro digitale, come i nostri modelli Si-RM350, Si-RM450, Si-RM3 o Si-RM13. -
Misurare il surriscaldamento e il sottoraffreddamento:
Leggere accuratamente questi due parametri posizionando un termometro a termocoppia come il nostro nuovissimo modello Si-TT3 direttamente sul tubo del refrigerante in rame. In questo modo, si è in grado di misurare la temperatura del surriscaldamento all'uscita del compressore e la temperatura del sottoraffreddamento all'uscita della valvola di espansione. Entrambi i valori devono essere coerenti con le proprietà di variazione dello stato termico del refrigerante all'interno del circuito. Se risulta così, la pompa di calore funziona correttamente (Un surriscaldamento troppo elevato può indicare una carenza di refrigerante nel sistema, mentre un sottoraffreddamento troppo basso può suggerire un eccesso di refrigerante o problemi al condensatore.). I nostri manifold digitali sono dotati di termometri integrati con sensore CTN ad alta velocità, che consentono di effettuare letture di temperatura e pressione contemporaneamente. Nel frattempo, la nostra applicazione controlla automaticamente le letture rispetto ai valori corretti per oltre 130 refrigeranti diversi, in base alle proprietà termiche pre-popolate memorizzate nel database.
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Sostituire il refrigerante:
A volte, potrebbe essere necessario sostituire il refrigerante nel circuito per ripristinare la pompa di calore o per migliorarne le prestazioni. Bisogna recuperare tutto il fluido in modo che possa essere riciclato e assicurarsi che il circuito sia completamente vuoto una volta terminato. Questa operazione richiede anche una sonda del vuoto. Nei nostri manifold Si-RM3 e Si-RM13, Si-RM350 e Si-RM450 utili anche per le attività di messa in servizio, ce ne è una integrata. -
Mettere in servizio la pompa di calore e riempire il circuito di fluido:
Se si installa una nuova pompa di calore o si mette in funzione il sistema dopo aver riparato una perdita o sostituito il fluido, sarà necessario utilizzare un manifold per creare il vuoto e per rilevare le letture di pressione e temperatura una volta riempito il circuito. Le misure simultanee di alta/bassa pressione e temperatura consentono una rapida diagnostica del circuito, per verificare la correttezza del carico, che determina l'efficienza del sistema.
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Ispezionare e pulire l’impianto:
Le esigenze di manutenzione vanno oltre la pompa di calore centrale stessa. Per gli impianti di riscaldamento ad acqua, sarà inoltre necessario verificare che vari altri componenti siano funzionanti, tra cui il serbatoio dell'acqua calda, le pompe dell'acqua dell'impianto di riscaldamento, il compressore, la valvola di espansione e i componenti elettrici. Un termometro ad infrarossi, come il nostro modello Si-TI3, può essere utilizzato per rilevare temperature insolitamente alte nei circuiti elettrici. E per le pompe di calore reversibili, dovrai anche assicurarti che le pompe scarico condensa siano in buone condizioni e, se necessario, pulirle (vedere la nostra guida alla pulizia) o sostituirle (vedere le nostre mini pompe scarico condensa per unità di condizionamento aria). Per le pompe di calore reversibili, è necessario verificare anche il corretto funzionamento delle pompe di condensa, pulendole o sostituendole se necessario.Ulteriori informazioni sulle pompe di condensa:
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Portata d'aria alle unità esterne e interne:
L'ultima - e più semplice - cosa da controllare è che le unità split funzionino correttamente. Si può fare misurando le portate d'aria utilizzando un termoanemometro ad elica come il nostro modello Si-VV3. Potrebbe essere necessario riparare la ventola o rimuovere foglie, muschio o polvere per riportare evaporatori e condensatori alla piena efficienza e per ridurre il rumore durante il funzionamento.
Se desideri saperne di più sugli strumenti necessari per la manutenzione di una pompa di calore, dai un'occhiata alla nostra gamma completa di prodotti, che include tutti gli strumenti di misura e le pompe di scarico condensa necessari per questo tipo di attività.
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