Pompe di calore: come funzionano

Le pompe di calore si stanno rivelando un prezioso alleato non solo per ridurre il consumo in bolletta, che può arrivare fino al 60%, ma anche per ridurre le emissioni dannose a livello domestico e non solo.

Ma cosa rende le pompe di calore così rivoluzionarie? La risposta risiede nella loro capacità unica di utilizzare principalmente energia rinnovabile presente nell'aria, nel suolo o nell'acqua.

La pompa di calore opera secondo un ciclo termodinamico avanzato che trasferisce energia termica da una sorgente a temperatura più bassa a un ambiente a temperatura più alta. Il sistema utilizza quattro componenti principali che lavorano in sinergia: il compressore funge da cuore del sistema, pressurizzando il refrigerante e aumentandone la temperatura.

Il refrigerante fluisce quindi attraverso il condensatore, dove rilascia calore all'ambiente target (durante il riscaldamento) o all'ambiente esterno (durante il raffreddamento). Dopo la condensazione, il refrigerante passa attraverso una valvola di espansione, riducendo la sua pressione e temperatura. Infine, nell'evaporatore, assorbe calore dall'ambiente sorgente, completando il ciclo.

L'aspetto più significativo di questa tecnologia risiede nella sua capacità di sfruttare il calore latente dei cambiamenti di fase, permettendo al sistema di movimentare significativamente più energia termica rispetto all'energia elettrica che consuma.

Questo principio viene quantificato attraverso il Coefficiente di Prestazione (COP), che tipicamente varia da 3 a 5 nei sistemi moderni, significando che per ogni kilowatt di potenza elettrica consumata, il sistema fornisce 3-5 kilowatt di energia termica.

Esistono diverse tipologie di pompe di calore, classificate in base alla fonte di energia e al fluido utilizzato per il trasferimento del calore. Le principali categorie sono:

• aria-aria, che prelevano il calore dall’aria esterna e lo trasferiscono all’interno degli ambienti tramite un sistema di ventilazione. Sono comunemente utilizzate nei sistemi di climatizzazione residenziale e commerciale.
• aria-acqua, che trasferiscono il calore dall’aria esterna a un sistema idronico per riscaldare l’acqua, ideale per impianti di riscaldamento a pavimento o radiatori a bassa temperatura.
• acqua-acqua, che sfruttano l’acqua come sorgente di calore, solitamente prelevandola da falde sotterranee, fiumi o laghi, garantendo elevati rendimenti energetici, ma richiedendo condizioni geologiche particolari.
• geotermiche, che utilizzano il calore del sottosuolo tramite sonde verticali o orizzontali. Queste pompe offrono un’efficienza particolarmente elevata, poiché la temperatura del terreno rimane costante durante tutto l’anno.

L'analisi dei consumi energetici di una pompa di calore richiede la considerazione di molteplici variabili che influenzano l'efficienza del sistema.

In questo senso, il differenziale di temperatura ambientale tra la sorgente e l'ambiente da climatizzare rappresenta il fattore principale che influenza le prestazioni del sistema. All'aumentare di questo differenziale, il COP tipicamente diminuisce, anche se i moderni sistemi con tecnologia inverter mantengono un'efficienza relativamente alta su un range operativo più ampio.

Il consumo energetico annuale per un'installazione residenziale tipicamente varia da 2.500 a 6.000 kWh, dipendendo da:

• zona climatica e variazioni stagionali della temperatura
• qualità dell'isolamento dell'edificio e massa termica
• dimensionamento del sistema e sofisticazione tecnologica
• modelli operativi e setpoint di temperatura

L'implementazione della tecnologia a pompa di calore offre numerosi vantaggi convincenti da prospettive tecniche, economiche e ambientali:

• miglioramento dell’efficienza energetica, le pompe di calore di ultima generazione raggiungono una notevole efficienza energetica primaria, particolarmente quando accoppiate con fonti di elettricità rinnovabile. L'alto COP si traduce direttamente in un consumo energetico ridotto rispetto ai sistemi di riscaldamento e raffreddamento convenzionali, portando ad un risparmio energetico superiore al 40% nelle applicazioni residenziali;
• riduzione dell’impatto ambientale, il passaggio alla tecnologia della pompa di calore riduce significativamente le emissioni di carbonio, un aspetto particolarmente rilevante nelle regioni con reti elettriche sempre più decarbonizzate. Una pompa di calore correttamente dimensionata può ridurre le emissioni di carbonio legate all'edificio in una percentuale significativa rispetto ai sistemi di riscaldamento basati su combustibili fossili;
• flessibilità operativa, i sistemi avanzati a pompa di calore offrono sia capacità di riscaldamento che di raffreddamento in una singola installazione, eliminando la necessità di sistemi separati. Questa doppia funzionalità ottimizza l'utilizzo dello spazio e riduce i costi complessivi di installazione. Inoltre, molte unità moderne possono integrarsi con sistemi domotici, permettendo strategie sofisticate di gestione energetica;
• integrazione con sistemi compatibili, le pompe di calore raggiungono la loro massima efficienza quando vengono abbinate a sistemi di emissione a bassa temperatura. Secondo le normative tecniche UNI/TS 11300, l'integrazione con pannelli radianti che operano a basse temperature (30-35°C) ottimizza il coefficiente di prestazione (COP) del sistema. I moderni ventilconvettori a bassa temperatura permettono di sfruttare al meglio le potenzialità della pompa di calore, garantendo elevati livelli di comfort con temperature dell'acqua inferiori ai 40°C, come indicato nelle linee guida tecniche di settore.

Sebbene l’investimento per l’installazione di una pompa di calore possa essere inizialmente oneroso, è opportuno ricordare che anche per il 2025 è prevista un’agevolazione fiscale volta a favorire la diffusione di questa soluzione a livello domestico. Per quest’anno, in assenza di ulteriori proroghe, la detrazione è fino al 50% dell’importo sostenuto fino ad un importo massimo di 48.000€ solo per proprietari e titolari di un diritto reale di godimento sull’immobile. La detrazione può essere goduta in 10 rate annuali di pari importo.

La tecnologia della pompa di calore rappresenta una soluzione matura e provata per la climatizzazione degli edifici che offre vantaggi sostanziali secondo molteplici criteri. La combinazione di alta efficienza energetica, prestazioni ambientali e flessibilità operativa posiziona questi sistemi come una scelta preferenziale sia per nuove costruzioni che per progetti di ristrutturazione. Con il continuo evolversi e migliorare della tecnologia, possiamo aspettarci una diffusione ancora maggiore in diverse applicazioni e zone climatiche.