Che cosa sono le pompe di calore e come funzionano?

Le pompe di calore prelevano energia dalla natura, trasmettendola poi al mezzo di trasferimento del calore dell’impianto di riscaldamento. La parte centrale di un impianto di riscaldamento è lo scambiatore di calore, che consiste in un evaporatore, un compressore, un condensatore e una valvola di espansione. Tra questi elementi, circola un fluido refrigerante. Si tratta di una sostanza che diventa gassosa a temperature molto basse (anche a due cifre sotto lo zero).

Il riscaldamento tramite pompa di calore funziona in questo modo: all’interno dell’evaporatore l’energia termica assorbita dall’aria, dalla terra o dall’acqua incontra il fluido refrigerante, che assorbe il calore ed evapora. Questo vapore viene poi compresso nel compressore, diventando repentinamente caldo. Questo fenomeno è osservabile anche nella vita quotidiana: quando si gonfia lo pneumatico della bicicletta, la valvola si riscalda. Il refrigerante gassoso raggiunge quindi il condensatore e la valvola di espansione, dove cede il calore all’acqua di riscaldamento, si raffredda, si depressurizza e torna liquido. Infine, il ciclo ricomincia da capo. Per inciso, anche i frigoriferi e gli impianti di climatizzazione funzionano in questo modo, ma in senso opposto: questi infatti trasferiscono il calore verso l’esterno anziché verso l’interno.

Quali sono i tipi di riscaldamento dotati di una pompa di calore?

Esistono quattro tipi di impianti di riscaldamento a pompa di calore. Tutti funzionano sulla base dei principi appena descritti, ma utilizzano fonti di calore e vettori diversi per distribuire il calore all’interno delle abitazioni. La fonte di calore utilizzata dalla pompa figura sempre come primo elemento del nome della stessa, seguito dal mezzo di trasferimento. Ecco una panoramica:

• Pompa di calore aria-acqua: estrae il calore ambiente tramite un ventilatore e lo trasferisce all’acqua di riscaldamento dell’impianto. Come fonte di calore è possibile utilizzare anche l’aria calda prodotta da edifici industriali o centri di calcolo. La pompa di calore aria-acqua è relativamente facile da installare ed è quindi la soluzione più comune ed economica per chi è proprietario di una casa unifamiliare. Tuttavia, è anche la tipologia di pompa meno efficiente.
• Pompa di calore aria-aria: anche in questo caso, la pompa sfrutta l’aria ambiente per generare calore, ma quest’ultimo viene trasmesso direttamente a un sistema di ventilazione prima di essere distribuito all’interno dell’abitazione. Questa tipologia di pompa è utilizzata soprattutto in edifici di qualità energetica e strutturale molto elevata, ad esempio nelle case certificate secondo lo standard Minergie-P.
• Pompa di calore salamoia-acqua / geotermica: in questo caso, il calore viene estratto dal terreno (energia geotermica) tramite collettori posti sotto la superficie terrestre (fino a circa 1,5 metri di profondità) oppure con delle sonde che arrivano fino a 300 metri di profondità nel terreno. Maggiore è la profondità, maggiore è il calore estratto. Questa tipologia di pompa non solo è particolarmente efficiente, ma ha anche una lunga durata. Tuttavia, è relativamente costosa per via dei complessi lavori di installazione e richiede un’autorizzazione speciale.
• Pompa di calore acqua-acqua: estrae il calore dalle falde acquifere, da riserve idriche naturali come fiumi o laghi oppure dalle canalizzazioni. È la tipologia di pompa più efficiente, ma richiede l’accesso a un bacino idrico e necessita di sistemi di filtraggio. Per queste ragioni, di solito, è una soluzione troppo costosa per una casa unifamiliare.

Vale la pena investire?

I costi d’investimento per installare un impianto di riscaldamento a pompa di calore sono solitamente più elevati rispetto all’installazione di un impianto di riscaldamento a gasolio o a gas. Tuttavia, grazie ai minori costi di gestione e al risparmio sulle spese di riscaldamento, l’investimento iniziale viene rapidamente ammortizzato e, a lungo termine, permette anche di risparmiare. Ecco perché questa soluzione presenta dei vantaggi non solo ecologici, ma anche economici.

La pompa di calore aria-acqua è la più economica, mentre quella più costosa è la pompa di calore acqua-acqua. Di seguito vi proponiamo una panoramica dei costi approssimativi per una casa con un fabbisogno termico di 20’000 kWh all’anno, ovvero un livello di fabbisogno realistico calcolato per una casa unifamiliare svizzera media con una superficie abitabile di circa 140 m².

Quanto sono efficienti le pompe di calore?

I sistemi di riscaldamento a pompa di calore hanno bisogno di elettricità per far funzionare i loro motori elettrici (ventilatore, compressore, pompe, ecc.). La loro efficienza è quindi calcolata in base al rapporto tra l’energia termica prodotta in kWh e l’elettricità utilizzata in kWh. Si ottiene così il cosiddetto coefficiente di prestazione o COP (Coefficient of Performance). In media, gli impianti generano dai 3 ai 5 kWh di calore con 1 kWh di elettricità. Il coefficiente di rendimento medio è quindi compreso tra 3 e 5, ma può variare molto da caso a caso. I fattori di efficienza più importanti sono i seguenti.

• Tipologia della pompa: la pompa di calore aria-acqua ha generalmente un rendimento leggermente peggiore rispetto alle altre.
• Temperatura di mandata: questo termine indica la temperatura dell’acqua quando entra nel circuito di riscaldamento. Più la temperatura di mandata richiesta è alta, maggiore è il consumo di elettricità e minore è l’efficienza. La temperatura di mandata desiderata o necessaria dipende a sua volta da quanto segue.
• Isolamento: le case poco isolate di solito richiedono una temperatura di mandata più alta.
• Dimensione/tipo di radiatori: i radiatori di grandi dimensioni, come ad esempio gli impianti di riscaldamento a pavimento, richiedono una temperatura di mandata inferiore rispetto ai classici radiatori più piccoli.

Vale la pena scegliere un riscaldamento a pompa di calore anche in caso di un edificio di vecchia costruzione?

I sistemi di riscaldamento a pompa di calore sono ottimali per le case con un buon isolamento e un riscaldamento a pavimento. In questo caso, la temperatura di mandata richiesta è ridotta, ossia pari o inferiore a 30 °C, e di conseguenza è richiesta solo poca energia elettrica. Tuttavia, anche le vecchie costruzioni, poco o per nulla isolate, possono essere riscaldate con una pompa di calore, poiché la maggior parte degli impianti permette di raggiungere temperature di mandata fino a 70 °C. Naturalmente, in questo caso, il consumo di elettricità sarà notevolmente più elevato. Per sapere se e in che forma il riscaldamento a pompa di calore sia conveniente per il vostro edificio di vecchia costruzione, la cosa migliore è rivolgersi a una figura esperta.

Vantaggi e svantaggi del riscaldamento a pompa di calore

Vantaggi

• Rispetto dell’ambiente e del clima: le pompe di calore non utilizzano combustibili fossili e quindi non emettono gas a effetto serra durante il riscaldamento.
• Risparmio economico: le pompe di calore sfruttano fonti di energia gratuite, quali il calore dell’aria, dell’acqua o della terra. Gli unici costi derivano dalla manutenzione e dall’elettricità necessaria per il loro funzionamento.
• Efficienza: le pompe di calore generano più energia di quella necessaria per il loro funzionamento.
• Prevedibilità: a parte il costo dell’elettricità, non ci sono fluttuazioni di prezzo o dipendenze come nel caso del riscaldamento a gasolio o a gas.

Svantaggi

• I costi d’investimento per l’installazione sono piuttosto elevati, ma vengono ammortizzati in tempi relativamente brevi grazie al risparmio sulle spese di riscaldamento.
• Trattandosi di un sistema di riscaldamento ecologico, il costo iniziale viene in parte sovvenzionato dallo Stato.

Consiglio

Utilizzando una pompa di calore con energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico o con altre fonti di energia rinnovabile, è possibile rendere il proprio impianto di riscaldamento notevolmente più sostenibile e rispettoso dell’ambiente.

Il biogas è una valida alternativa?

Un’alternativa per avere un impianto di riscaldamento alimentato con energia rinnovabile è rappresentata dal biogas. Quest’ultimo è una miscela di vari tipi di gas prodotti a partire dalla decomposizione ad opera di batteri di rifiuti organici come il liquame e i residui vegetali e alimentari. Il processo di fermentazione avviene in una struttura speciale, chiamata impianto di biogas. Il biogas è composto principalmente da metano e CO₂.

La combustione del biogas produce CO₂, proprio come il gas naturale o il petrolio. Il biogas, quindi, non è un combustibile totalmente privo di emissioni, ma è neutro in termini di CO₂. Questo perché i materiale vegetali di partenza contengono la stessa quantità di CO₂ di quella che viene liberata durante la combustione.

Secondo l’Ufficio federale dell’energia, il biogas può dare un importante contributo al raggiungimento degli obiettivi climatici. Il riscaldamento a biogas può ridurre le emissioni fino al 40% rispetto al riscaldamento a gas naturale e addirittura fino al 60% rispetto agli impianti di riscaldamento a petrolio.

In Germania, per la produzione di biogas, vengono piantati appositamente più mais o colza. In Svizzera questo non avviene, il che significa che i campi continuano ragionevolmente a essere utilizzabili per la produzione alimentare. La produzione elvetica di biogas è piuttosto ridotta e ha un potenziale di crescita molto limitato. Secondo gli esperti, in futuro sarà impossibile coprire l’intera domanda di gas con biogas locale e importato. Il sistema continuerà pertanto a dipendere dal gas naturale (principalmente russo).

Il biogas rappresenta poco più del 6% del volume totale di gas presente in Svizzera. Anche se oggi esistono alcuni fornitori che offrono biogas puro al 100%, di norma esso viene miscelato, seppur solo in certe proporzioni, con il gas naturale. Pertanto, il carattere ecosostenibile di questa soluzione miscelata è comunque limitato. Inoltre, il biogas è molto più costoso del gas naturale: secondo uno studio sui fornitori di gas condotto da Kassensturz nel 2022, la differenza di prezzo più bassa che è stata rilevata è pari al 34%, mentre quella più alta corrisponde al 70%.

Riepilogo

Se volete passare a un sistema di riscaldamento rispettoso del clima, conveniente sul lungo termine e alimentato al 100% con energie rinnovabili, è consigliabile optare per una pompa di calore piuttosto che per un (nuovo) impianto a biogas.

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