Quali sono le modalità di funzionamento delle pompe di calore?
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Stefano Fonseca ist Ingenieur für Energie und Umwelt mit über sechs Jahren Erfahrung in der technischen Gebäudeausrüstung (TGA). Er kombiniert technisches Fachwissen mit einer Leidenschaft für verständliche Kommunikation. Seit mehr als fünf Jahren schreibt er als freiberuflicher Redakteur über erneuerbare Energien und nachhaltiges Wohnen, insbesondere über Photovoltaik und Wärmepumpen.
Le pompe di calore sono considerate una tecnologia di riscaldamento efficiente e sostenibile. Ma non tutte le pompe di calore funzionano allo stesso modo. Il modo in cui viene gestita può determinare l'efficienza, i costi e le opzioni di implementazione. Ma quali modalità operative esistono e cosa le rende diverse l'una dall'altra? Lo scoprirai in questo articolo.
Quali sono le modalità di funzionamento delle pompe di calore?
Esistono sei diverse modalità operative per le pompe di calore: monovalente, monoenergetica, alternativa bivalente, bivalente parallela, bivalente parzialmente parallela e multivalente. Dipende fortemente dal tipo di pompa di calore.
La modalità di funzionamento di una pompa di calore determina il modo in cui fornisce calore e se vengono utilizzate fonti di calore aggiuntive. A seconda del tipo di edificio, del carico di riscaldamento e dell'efficienza desiderata, una particolare modalità di funzionamento può avere più senso di un'altra. La seguente panoramica mostra le varianti più importanti e le loro caratteristiche.
Funzionamento monovalente: quando ha senso?
Nel funzionamento monovalente, la pompa di calore copre da sola l'intero fabbisogno di riscaldamento, senza sistemi di riscaldamento aggiuntivi. A tale scopo, la pompa di calore deve essere dimensionata in modo tale da poter fornire calore sufficiente anche alla temperatura esterna minima prevista. Il punto di dimensionamento si basa sulla temperatura esterna standard del rispettivo luogo, spesso compresa tra -10 °C e -15 °C. Questa modalità di funzionamento è particolarmente adatta per i nuovi edifici con sistemi di riscaldamento delle superfici come i sistemi di riscaldamento a pavimento o a parete.
Il vantaggio del funzionamento monovalente è la massima efficienza, in quanto non sono necessarie fonti di energia aggiuntive. Inoltre, i costi operativi sono generalmente inferiori. Tuttavia, la pompa di calore deve essere sufficientemente grande da poter fornire energia sufficiente anche nei giorni molto freddi.
Modalità monoenergetica: pompa di calore con riscaldamento elettrico aggiuntivo
Nel funzionamento monoenergia, la pompa di calore copre quasi tutto il fabbisogno di riscaldamento ed è supportata da un riscaldatore elettrico aggiuntivo quando necessario. Le pompe di calore ad aria, in particolare, sono dotate di serie di un elemento riscaldante. Ciò si verifica solo quando le temperature esterne sono estremamente basse o durante i periodi di picco di carico. Di conseguenza, il sistema rimane compatto e non richiede una seconda fonte di calore come un riscaldatore a gas o a gasolio. Questa modalità di funzionamento è particolarmente adatta per vecchi edifici ad alta efficienza energetica o nuovi edifici in regioni fredde.
Il più grande vantaggio del funzionamento a monoenergia è l'indipendenza dai sistemi di riscaldamento aggiuntivi: riscaldano completamente senza combustibili fossili. Inoltre, non sono previsti costi di manutenzione per un secondo impianto di riscaldamento. Tuttavia, se usato frequentemente, l'elemento riscaldante può comportare un aumento dei costi dell'elettricità se la pompa di calore non è dimensionata o parametrizzata in modo ottimale. Un'attenta pianificazione e regolazione del sistema di controllo è quindi fondamentale.
Modalità alternativa a doppia modalità: combinazione con altri sistemi di riscaldamento
In modalità doppia, la pompa di calore funziona da sola fino a una temperatura esterna specifica. La temperatura scende al di sotto dei valori specificati Punto di bivalenza, una seconda fonte di calore, come il riscaldamento a gas, gasolio o legna, si accende e si occupa completamente della fornitura di calore. Di conseguenza, la pompa di calore può essere ridotta. Questa modalità di funzionamento è particolarmente adatta per gli edifici esistenti, ad esempio quando la pompa di calore non è in grado di coprire da sola il fabbisogno di calore o i sistemi di riscaldamento esistenti devono continuare a essere utilizzati.
Uno dei principali vantaggi di questa modalità di funzionamento è la maggiore efficienza, poiché la pompa di calore funziona principalmente nel suo intervallo di potenza ottimale. Inoltre, i costi di investimento rimangono inferiori, in quanto non è necessaria una pompa di calore sovradimensionata. Lo svantaggio sta nella dipendenza dal secondo sistema di riscaldamento, che spesso funziona con combustibili fossili e richiede una manutenzione aggiuntiva. Ciò può rendere più costoso il funzionamento in inverni freddi.
Funzionamento in parallelo a doppia modalità: due sistemi contemporaneamente
Nel funzionamento in parallelo bivalente, la pompa di calore funziona insieme a una seconda fonte di calore. A differenza del funzionamento alternativo bivalente, entrambi i sistemi possono funzionare contemporaneamente. La pompa di calore copre il fabbisogno di riscaldamento fino a una temperatura esterna specifica. Quando fa più freddo, la seconda fonte di calore, di solito un sistema di riscaldamento a gas o gasolio, si accende e copre il fabbisogno di calore residuo. Questa modalità di funzionamento è particolarmente adatta per edifici esistenti con elevato fabbisogno di riscaldamento e radiatori classici che richiedono temperature di flusso più elevate.
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Il vantaggio del funzionamento in parallelo a doppia modalità risiede nella flessibilità: la pompa di calore può coprire in modo efficiente gran parte della stagione di riscaldamento, mentre il secondo riscaldatore viene acceso solo a temperature molto basse. Ciò riduce i costi operativi e riduce l'impatto sull'ambiente. Tuttavia, i maggiori costi di manutenzione per due fonti di calore e la complessa regolazione del sistema sono svantaggiosi.
Funzionamento multivalente: indipendenza grazie alle energie rinnovabili
Nel funzionamento multivalente, la pompa di calore è combinata con almeno una fonte di calore aggiuntiva. In particolare, i sistemi di riscaldamento ibridi EE, che combinano pompe di calore con energia fotovoltaica o solare termica, consentono il massimo utilizzo di energia rinnovabile.
- Una pompa di calore con fotovoltaico, ad esempio, può utilizzare la propria energia solare per il funzionamento, riducendo i costi dell'elettricità.
- La combinazione con l'energia solare termica fa sì che la pompa di calore debba funzionare meno, poiché il sistema solare termico fornisce parte del calore, soprattutto per il riscaldamento dell'acqua calda in estate. Ciò aumenta l'efficienza dell'intero sistema e riduce il consumo energetico della pompa di calore.
Il principale vantaggio del funzionamento multivalente è l'indipendenza dai combustibili fossili e l'aumento dei prezzi dell'energia. Inoltre, la pompa di calore può essere ridotta, poiché altre fonti di energia supportano il sistema di riscaldamento. Ciò riduce i costi di investimento e migliora l'efficienza. Tuttavia, un sistema multivalente richiede una pianificazione e un coordinamento precisi. Anche i costi di acquisizione sono più elevati. Tuttavia, questa combinazione ripaga a lungo termine, in particolare nelle case unifamiliari con un'elevata percentuale di autoconsumo.
Quali fattori determinano la modalità di funzionamento della pompa di calore?
Il funzionamento di una pompa di calore è influenzato da diversi fattori:
- Tipo di edificio e standard di isolamento: I nuovi edifici ben isolati consentono un funzionamento monovalente poiché il carico di riscaldamento è basso. Negli edifici più vecchi e scarsamente isolati, i sistemi bivalenti hanno spesso più senso.
- Fonte di calore: Il tipo di fonte di calore influenza l'efficienza e la modalità di funzionamento. Le pompe di calore aria-acqua funzionano in base alla temperatura e spesso richiedono un riscaldamento aggiuntivo quando fa molto freddo. Le pompe di calore per acque sotterranee e sotterranee hanno prestazioni più costanti e sono più adatte per il funzionamento monovalente.
- Tipo di distribuzione del riscaldamento: I sistemi di riscaldamento a pavimento e a parete funzionano con basse temperature di flusso e consentono un funzionamento monovalente. I radiatori classici richiedono temperature più elevate, il che spesso richiede una soluzione bivalente o monoenergetica.
- Temperatura esterna standard nel luogo: La temperatura media invernale più bassa determina se la pompa di calore può funzionare da sola (monovalente) o assistita (bivalente, monoenergetica). Nelle regioni molto fredde, il riscaldamento supplementare è spesso inevitabile.
- Dimensionamento della pompa di calore: Una pompa di calore troppo piccola richiede spesso un riscaldamento aggiuntivo. Una pompa di calore troppo grande spesso si accende e si spegne, il che riduce l'efficienza. La corretta regolazione della potenza è fondamentale per un funzionamento ottimale.
- Uso di energia rinnovabile: Un impianto fotovoltaico può coprire il fabbisogno elettrico della pompa di calore e consentire un funzionamento più efficiente. L'energia solare termica può supportare il riscaldamento dell'acqua e ridurre il tempo di funzionamento della pompa di calore.
Come posso ottimizzare il funzionamento della mia pompa di calore?
L'efficienza di una pompa di calore dipende fortemente dal modo in cui viene utilizzata. Le ottimizzazioni mirate possono ridurre il consumo energetico, prolungare la durata e ridurre i costi di riscaldamento. È possibile utilizzare in modo ottimale la pompa di calore adottando le seguenti misure:
- Temperatura di flusso più bassa: Una temperatura di mandata più bassa riduce il consumo di energia. Idealmente, è compresa tra 30 e 35 °C. Ciò si ottiene con sistemi di riscaldamento a superficie (ad esempio riscaldamento a pavimento) o radiatori a bassa temperatura.
- Impostare correttamente la curva di riscaldamento: La curva di riscaldamento determina il modo in cui la temperatura del flusso si adatta alla temperatura esterna. Una curva di riscaldamento troppo ripida porta a temperature inutilmente elevate e quindi a un maggiore consumo di energia. L'ottimizzazione della curva di riscaldamento consente di risparmiare elettricità e garantisce un calore costante.
- Usa l'accumulo di calore: Un serbatoio tampone può assorbire il calore in eccesso quando la pompa di calore funziona in modo particolarmente efficiente, ad esempio quando i prezzi dell'elettricità sono bassi. Ciò evita tempi di ciclo brevi e aumenta l'efficienza.
- Eseguire la regolazione idraulica: Il bilanciamento idraulico assicura che tutte le superfici riscaldanti ricevano calore in modo uniforme. Senza questa regolazione, la pompa di calore deve fornire temperature inutilmente elevate, il che aumenta il consumo e i costi dell'elettricità.
- Effettuare una manutenzione regolare: Un evaporatore sporco, valori di pressione errati o un controllo difettoso possono ridurre significativamente l'efficienza della pompa di calore. Un'ispezione annuale da parte di un'azienda specializzata garantisce che l'impianto funzioni in modo ottimale.
- Combina il fotovoltaico per utilizzare la tua elettricità: Un impianto fotovoltaico può coprire parzialmente il fabbisogno elettrico della pompa di calore. Ciò riduce i costi dell'elettricità e rende le operazioni più sostenibili.
- Integra il controllo della casa intelligente: Un controller intelligente può regolare automaticamente la pompa di calore in base alla temperatura esterna, ai prezzi dell'elettricità o all'autoconsumo di energia fotovoltaica. Ciò impedisce fasi operative inefficienti e massimizza i risparmi.
Qual è la modalità operativa migliore?
Il modo migliore per far funzionare una pompa di calore dipende dal tipo di edificio, dall'isolamento e dalla tecnologia di riscaldamento. Il funzionamento monovalente è ideale per i nuovi edifici con riscaldamento a pavimento, poiché offre la massima efficienza. Negli edifici esistenti con carichi di riscaldamento più elevati, i sistemi bivalenti o multivalenti sono spesso la scelta migliore, in quanto offrono flessibilità e possono assorbire i picchi di carico. La combinazione con energie rinnovabili come il fotovoltaico o l'energia solare termica ottimizza ulteriormente il funzionamento e rende la pompa di calore più indipendente dall'aumento dei prezzi dell'elettricità.
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