Le pompe di calore ad alta temperatura, anche in configurazione ibrida, risolvono importanti criticità in edifici condominiali e commerciali, anche mantenendo i tradizionali termosifoni.
L’utilizzo di pompe di calore ad alta temperatura per il riscaldamento degli edifici consente di superare importanti criticità in molte situazioni nelle quali una pompa di calore “tradizionale”, a bassa temperatura, non troverebbe la sua collocazione ideale. Lo sviluppo tecnologico e l’utilizzo di nuovi gas refrigeranti sostenibili e con alte proprietà termodinamiche permettono di ampliare il campo di applicazione di questi sistemi, con potenzialità particolarmente interessanti per il settore civile dei condomini e per quello commerciale. Grazie ai sistemi ad alta temperatura, in configurazione “pura” o ibrida, le pompe di calore possono infatti sostituire le caldaie a fonti fossili anche in edifici poco isolati ed equipaggiati con vecchi radiatori mantenendo un'alta efficienza energetica.
In genere si pensa alla pompa di calore come ad un'apparecchiatura in grado di riscaldare gli ambienti in modo efficiente e sostenibile fornendo calore a bassa temperatura, con un consumo elettrico ridotto. Quando, invece, una pompa di calore è ad alta temperatura? Una precisa definizione dal punto di vista normativo non esiste. La norma tecnica Uni En 14511-2: 2018 considera “ad alta temperatura” i sistemi aria-acqua e acqua-acqua con una temperatura di mandata in uscita a 65 °C. Generalmente, si può considerare ad alta temperatura un sistema in grado di operare oltre i 55 °C.
Sul mercato esistono da tempo prodotti ad alta temperatura per singole unità immobiliari ed oggi sono disponibili anche pompe di calore aria-acqua di medio-grande potenza, integrabili in sistemi ibridi, destinati ad applicazioni condominiali e commerciali.
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Il rendimento di una pompa di calore (COP, Coefficient of Performance), che equivale al rapporto tra l’energia termica ottenuta e l’energia elettrica spesa, diminuisce al crescere della temperatura dell’acqua di mandata dell’impianto, ma non significa che questa tecnologia possa funzionare bene solo come impianto di riscaldamento delle nuove costruzioni coibentate e con terminali di emissione come i sistemi radianti a pavimento o i ventilconvettori.
Di fatto, dal punto di vista termodinamico, la pompa di calore può funzionare in maniera efficiente con qualsiasi condizione climatica “standard” e anche quando sono richieste alte temperature di mandata. Il rendimento sarà inferiore, ma sarà comunque buono dal punto di vista energetico, tenuto conto che, a parità di richiesta termica, rispetto a una caldaia a gas una pompa di calore consuma sempre molta meno energia primaria (dal 30% in meno se ipotizziamo un SCOP=3 al 45% in meno con SCOP=4).
In sintesi, possiamo affermare che, in termini energetici e di sostenibilità ambientale:
Le pompe di calore tradizionali, specialmente quelle di ultima generazione con i nuovi gas refrigeranti, consentono normalmente di produrre acqua fino a 55-60 °C°. Si tratta di temperature più che sufficienti a raggiungere il comfort di riscaldamento nella maggioranza del territorio italiano, specialmente nei casi in cui l’edificio è ben isolato. In alcune situazioni, tuttavia, avere a disposizione acqua calda di impianto a 65°C (10 °C in più) permette di risolvere alcune importanti criticità, soprattutto negli edifici più grandi e se l’involucro non è coibentato e sono presenti terminali di riscaldamento tradizionali.
In contesti complessi, come appunto i condomini o gli edifici commerciali e pubblici di ampia metratura (hotel, RSA), poter contare su acqua a 65-70 °C fornita da una pompa di calore di media e grande potenza permette di:
Il Superbonus ha evidenziato il potenziale ruolo della pompa di calore per effettuare il doppio salto di classe energetica anche nei condomìni con impianti di riscaldamento centralizzati.
L’impiantistica condominiale tradizionale è caratterizzata da sottosistemi di generazione costituiti da caldaie, anche non a condensazione, e da radiatori di vecchia generazione. Spesso la regolazione del riscaldamento è basata su una temperatura di mandata fissa, o nella migliore delle ipotesi, su curve climatiche con valori di temperatura massima comunque molto elevati (anche sopra il 70 °C) che devono tenere conto delle perdite di distribuzione.
Quando si decide di utilizzare una pompa di calore tradizionale, l’obiettivo è invece quello di abbassare la temperatura di mandata per massimizzare il COP (per ogni grado di temperatura in meno, incrementa il COP di circa il 2,5-3%). Anche ipotizzando una riqualificazione dell’involucro edilizio, non sempre è possibile diminuire in modo significativo la temperatura di mandata proprio a causa delle perdite termiche nella rete di distribuzione.
Nelle riqualificazioni condominiali, quindi, specialmente in zona Climatica E (ma anche in quella più rigida F), l’impiego di una pompa di calore ad alta temperatura nei sistemi ibridi consente di estendere in modo significativo il periodo di funzionamento della pompa di calore e di ridurre al minimo l’apporto della caldaia, con i conseguenti vantaggi connessi all'utilizzo di fonti rinnovabili e del vettore elettrico, soprattutto se si valuta l’ accoppiamento con impianti fotovoltaici da utilizzare in autoconsumo.
La normativa sugli F-Gas, che ha imposto la progressiva riduzione dei gas refrigeranti ad alto effetto serra negli apparecchi, ha promosso una svolta nel tipo di fluidi impiegati nelle pompe di calore. Da tempo si assiste alla graduale sostituzione dei tradizionali refrigeranti con prodotti più sostenibili con un basso GWP (Global Warming Potential).
I gas refrigeranti come l’R290 e R454C consentono di produrre acqua a temperatura più alta (fino a 70°C) facilitando perciò l’impiego delle pompe di calore negli interventi di riqualificazione che non permettono interventi sui terminali.
Una seconda soluzione per produrre acqua calda ad alta temperatura, impiegata però solo in particolari contesti, è quella di utilizzare un circuito a doppio stadio in serie. Il primo ciclo termodinamico innalza la temperatura ad un livello intermedio e il secondo porta la temperatura fino a 80°C.
Il mercato delle pompe di calore per il settore residenziale si è orientato recentemente sulla tecnologia a ciclo monoblocco a gas propano (R290). Il vantaggio principale del propano è la maggiore compatibilità ambientale grazie al bassissimo GWP, pari solamente a 3, che determina un impatto serra ridottissimo. Inoltre, le caratteristiche fisiche del propano consentono di ottenere temperature più elevate rispetto ad altri gas alle pressioni tipiche di utilizzo in questi sistemi (25/30 bar), riuscendo a produrre acqua a 70 °C.
La gamma di pompe di calore monoblocco a gas propano di Viessmann, inaugurata con i modelli per il settore residenziale (Vitocal 150-A e Vitocal 151-A, Vitocal 250-A e Vitocal 252-A) si è di recentemente arricchita con la nuovissima pompa di calore Vitocal 250 A-PRO (disponibile commercialmente dal 2024), che deriva proprio dalle precedenti ma che è progettata specificamente per l’ambito civile dei condomini e commerciale. Cosa cambia rispetto ai modelli per il residenziale? La potenza. In questo caso, infatti, la macchina arriva fino a 40 kW, con la possibilità di installare fino a quattro apparecchi in cascata, per un totale di 160 kW: una dimensione sufficiente per soddisfare il fabbisogno di condomini di medie dimensioni (due macchine, per 80 kW di potenza, possono bastare per un condominio da 8-12 appartamenti anche in edifici non isolati in zone climatiche fredde).
Restano invariate le caratteristiche di ecosostenibilità del gas e l’estrema silenziosità dei sistemi, ottenuta grazie a superfici di scambio termico di dimensioni appositamente dimensionate. Una caratteristica, quella dell’assenza di rumore, da non sottovalutare in fase di progetto quando si tratta di applicazioni nel settore civile, dove è sempre bene ottenere il parere preventivo di un tecnico competente in acustica ambientale.
La gamma AquaSnap® di Carrier si arricchisce con la 61AQ, pompa di calore aria-acqua monoblocco a refrigerante naturale R-290 (propano) progettata specificamente per le applicazioni nel settore commerciale e del terziario. La macchina eroga una potenza termica da 40 a 130 kW e supporta configurazioni in cascata fino a 4 unità, per una potenza complessiva di 560 kW: taglie adatte a hotel, uffici, strutture sanitarie e complessi residenziali di media e grande dimensione. Il refrigerante R-290 ha un GWP di appena 0,02 — inferiore del 99,7% rispetto all'R-407C utilizzato nelle generazioni precedenti — il che rende la 61AQ pienamente compatibile con l'evoluzione normativa europea sui gas fluorurati e con i criteri di accesso agli incentivi del Conto Termico.
Anche in questo caso vale una considerazione che riguarda la fase di progetto: la 61AQ adotta ventilatori EC a velocità variabile con logica Greenspeed® intelligence, che abbassano sensibilmente la rumorosità a carico parziale, ma in applicazioni civili e condominiali è comunque opportuno acquisire una valutazione previa da parte di un tecnico competente in acustica ambientale, in particolare quando le unità vengono installate in sostituzione di centrali termiche collocate in contesti urbani densamente abitati.
Le pompe di calore standard sono progettate per erogare acqua a temperature medio-basse, solitamente tra i 35 °C e i 55 °C, ideali per pannelli radianti. I modelli ad alta temperatura, invece, utilizzano refrigeranti speciali e compressori evoluti (spesso a due stadi o con iniezione di vapore) che permettono di raggiungere e superare i 75-80 °C, rendendole idonee all'integrazione con i classici radiatori o per processi industriali.
L'applicazione è ideale nella riqualificazione di alberghi, ospedali e centri direzionali dove non è possibile o conveniente sostituire i terminali di emissione esistenti ad alta temperatura. In ambito industriale, queste macchine si rivelano strategiche per il recupero del calore di scarto da processi produttivi, riconvertendolo in energia termica utile per lavaggi, sanificazioni o preriscaldo dei fluidi di processo.
All'aumentare della temperatura di mandata dell'acqua, l'efficienza della macchina (espressa dal coefficiente di prestazione COP) tende fisiologicamente a ridursi poiché il compressore deve compiere un lavoro maggiore. Tuttavia, i moderni sistemi mantengono rendimenti stagionali elevati grazie alla modulazione inverter e all'ottimizzazione dei cicli termodinamici, garantendo un risparmio di energia primaria rispetto ai combustibili fossili.
Per operare in sicurezza ad alte pressioni e temperature si utilizzano refrigeranti specifici a basso impatto ambientale (Low GWP). Tra i più diffusi figurano gli idrofluorolefine (HFO) di nuova generazione e i refrigeranti naturali come l'anidride carbonica ($CO_2$, ideale per la produzione di acqua calda sanitaria ad altissima temperatura) e gli idrocarburi come il propano (R290), scelti per le loro eccellenti proprietà termodinamiche.