Pompa di calore aria-acqua vs. terra-acqua

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La pompa di calore aria-acqua e la pompa di calore terra-acqua risolvono esattamente lo stesso compito – prelevare calore dall'ambiente esterno e consegnarlo al sistema di riscaldamento della casa – ma lo fanno in modo così diverso che confrontarle soltanto in base al prezzo è miope. L'una preleva il calore dall'aria, che si raffredda durante l'inverno fino a temperature negative, l'altra dalla terra, dove la temperatura a diversi metri di profondità è praticamente la stessa per tutto l'anno. Questa differenza fondamentale nella fonte di calore si ripercuote sul rendimento, sul prezzo, sui requisiti spaziali, sul rumore e sulla durata. In questo articolo analizzeremo entrambi i sistemi in modo pratico, con numeri reali e situazioni tipiche di case familiari in Slovacchia – non con slogan di marketing dei produttori.

Prima di tutto una nota importante: in questa categoria non abbiamo al momento modelli specifici di pompe di calore, quindi nell'articolo non troverete raccomandazioni per prodotti specifici né un listino prezzi. L'obiettivo è che, dopo la lettura, Lei possa valutare autonomamente quale tipo si adatta alla sua casa e al suo terreno, e che sappia formulare le domande giuste all'azienda di installazione quando farà richiedere un'offerta.

Funzionamento dei due sistemi – principio in breve

Entrambe le tecnologie sono pompe di calore nel vero senso della parola – funzionano sul principio del ciclo frigorifero a compressore, solo al contrario: invece di raffreddare l'interno (come un frigorifero) prelevano calore dall'ambiente esterno e lo consegnano all'acqua di riscaldamento. La differenza è esclusivamente su dove si preleva il calore.

La pompa di calore aria-acqua aspira l'aria esterna attraverso un grande ventilatore nell'unità esterna, il fluido refrigerante nell'evaporatore preleva energia termica all'aria (anche se l'aria è a -10 °C, contiene comunque calore utilizzabile), il compressore comprime il fluido refrigerante e aumenta così la sua temperatura, e questa temperatura viene consegnata all'acqua di riscaldamento nel condensatore. L'aria raffreddata viene espulsa nuovamente all'esterno, raffreddata di alcuni gradi.

La pompa di calore terra-acqua funziona con lo stesso ciclo frigorifero, solo che la fonte di calore non è l'aria, ma una miscela non congelante (glicole) che circola in pozzi geotermici o in collettori piani posati sotto la superficie del terreno. Questa miscela preleva il calore direttamente dalla roccia o dal suolo, che a nostra latitudine a una profondità di circa 1,5 – 2 m sopra il congelamento ha una temperatura praticamente costante intorno ai 8 – 12 °C per tutto l'anno, a profondità maggiori dei pozzi (60 – 150 m) la temperatura è ancora più stabile, di solito 10 – 14 °C.

Sotto c'è uno schema semplificato dei due cicli – noti che la differenza è solo nel primo passo (fonte di calore), il resto della tecnologia (compressore, condensatore, circolatore, sistema di riscaldamento della casa) è identico.

Proprietà chiave: rendimento a diverse temperature esterne

Il rendimento di una pompa di calore si esprime in forma del coefficiente COP (Coefficient of Performance) per una temperatura operativa specifica e SCOP (Seasonal COP) come media per tutta la stagione di riscaldamento. Un numero COP 3,5 significa che da 1 kWh di elettricità fornita al compressore si ottengono 3,5 kWh di calore – il resto (2,5 kWh) è "gratis" prelevato dall'ambiente circostante.

Qui si manifesta la differenza reale più grande tra i due sistemi. La pompa di calore aria-acqua ha un rendimento fortemente dipendente dalla temperatura esterna – più è freddo fuori, minore è la differenza di temperatura che il compressore deve "colmare", e quindi minore è il COP. La pompa di calore terra-acqua funziona quasi sempre con la stessa temperatura della fonte (quella stabile del suolo), quindi il suo COP varia solo minimamente indipendentemente dal fatto che fuori faccia -15 °C o +5 °C.

Valori orientativi tipici, con cui ci si imbatte comunemente in unità moderne di buona qualità che funzionano con riscaldamento a pavimento (temperatura dell'acqua ca. 35 °C):

Temperatura esterna	COP aria-acqua	COP terra-acqua
+7 °C	4,0 – 4,5	4,8 – 5,2
0 °C	3,2 – 3,6	4,6 – 5,0
-7 °C	2,4 – 2,8	4,3 – 4,7
-15 °C	1,8 – 2,2	4,0 – 4,4

Per tutta la stagione di riscaldamento (SCOP) in condizioni climatiche tipiche in Slovacchia si ottiene in media circa 3,3 – 3,7 per aria-acqua e 4,3 – 4,8 per terra-acqua. La differenza tra 3,5 e 4,5 sembra piccola su carta, ma in termini di consumo annuo di elettricità in una casa con un fabbisogno termico di 15 000 kWh/anno significa circa 4 285 kWh di elettricità consumata per aria-acqua rispetto a 3 333 kWh per terra-acqua – quindi circa 950 kWh in meno all'anno per il sistema a terra, che con i prezzi normali dell'elettricità rappresenta un risparmio sensibile, ma non drammatico (su questo argomento abbiamo un articolo separato con calcoli dettagliati, il link lo trova più in basso).

Risultato pratico: più rigida è la climatizzazione invernale (zone montane, nord della Slovacchia, posizioni esposte a venti gelidi), maggiore è la differenza reale a favore della terra-acqua. Al contrario, nelle aree collinari più miti con brevi periodi di gelo, la differenza è minore e l'aria-acqua può risultare operativamente sorprendentemente vicina.

Costi d'acquisto – dove nasce la maggiore differenza

Questa è l'area in cui i due sistemi si differenziano maggiormente e dove la terra-acqua crea spesso un problema di bilancio. L'unità stessa della pompa di calore (interna o esterna con compressore) non si differenzia tanto in termini di prezzo – la differenza nell'unità stessa è tipicamente nell'ordine delle centinaia di euro. La differenza nasce invece nella fonte di calore.

Per l'aria-acqua basta installare l'unità esterna su una base consolidata o su supporti fissati al muro della casa, collegarla con tubazioni all'unità interna e collegare l'elettricità. L'intera installazione può essere completata in una casa familiare tipica in 1 – 3 giorni.

Per la terra-acqua è necessario inoltre costruire uno scambiatore di calore sotterraneo – o pozzi verticali, o un collettore orizzontale:

Pozzi verticali – vengono forati a una profondità di 80 – 150 m, il costo delle opere di foratura si aggira in media intorno a 40 – 60 €/metro forato incluso materiale e posa. Per una casa familiare tipica con una perdita termica di 8 – 10 kW si realizzano di norma 2 pozzi da 100 – 120 m, quindi 200 – 240 metri forati. Questo rappresenta da solo un costo aggiuntivo dell'ordine di 9 000 – 14 000 € solo per le opere di foratura, a cui va aggiunta la necessità di accesso del macchinario di foratura al terreno (non sempre possibile in terreni stretti o già edificati).
Collettore orizzontale – viene posato in piano a una profondità di 1,2 – 1,5 m, è più economico da realizzare (opere di scavo), ma richiede una superficie del terreno di circa 1,5 – 2 volte la superficie del piano rialzato della casa, che non può essere edificata, asfaltata né piantumata con alberi a radici profonde.

Il risultato è che l'intera realizzazione di una pompa di calore terra-acqua per una casa familiare tipica (fino a 150 m² di superficie) costa in media 18 000 – 26 000 € incluso le opere sotterranee, mentre una pompa di calore aria-acqua paragonabile inclusa l'installazione si aggira intorno a 9 000 – 15 000 €. La differenza quindi rappresenta tipicamente 8 000 – 12 000 € a svantaggio del sistema a terra – è proprio questo il motivo principale per cui l'aria-acqua è oggi in Slovacchia una scelta molto più comune per le nuove costruzioni e le ristrutturazioni.

Spazi richiesti e adatto del terreno

L'unità esterna aria-acqua richiede solo una superficie consolidata di circa 1 × 1 m vicino al muro della casa o sul tetto/balcone, con un sufficiente distacco dalle finestre delle camere da letto (a causa del rumore e del flusso d'aria) e spazi liberi per l'aspirazione e l'espulsione dell'aria. È quindi utilizzabile praticamente su qualsiasi terreno incluso le costruzioni a schiera e le proprietà urbane.

La pompa di calore terra-acqua richiede al terreno requisiti molto più elevati. I pozzi verticali necessitano di accesso per il macchinario di foratura (larghezza della strada di accesso almeno 2,5 – 3 m, sufficiente portata del terreno) e distanza tra i pozzi e tra i pozzi e i confini del terreno (di norma almeno 5 – 10 m tra i pozzi per evitare reciproco scambio termico, e accordo con il vicino o rispetto della distanza dal confine del terreno in base alle normative locali). Il collettore orizzontale richiede una superficie di 1,5 – 2 volte la superficie riscaldata della casa, che deve rimanere permanentemente non edificata e senza alberi a radici profonde.

livello di rumore

L'unità esterna della pompa di calore aria-acqua contiene un ventilatore grande che è una fonte di rumore – i valori tipici si aggirano intorno a 45 – 60 dB(A) a 1 m di distanza dall'unità in piena potenza, con modelli di qualità superiore in modalità notturna silenziosa si può ridurre ulteriormente di 5 – 10 dB. A una distanza maggiore (5 – 10 m, quindi verso il terreno del vicino o la finestra della camera da letto) il rumore scende naturalmente, ma in una costruzione molto vicina o vicino al confine del terreno può essere una causa di reclamo del vicino o di necessità di uno studio acustico per il permesso di costruire.

La pompa di calore terra-acqua non ha alcuna unità esterna con ventola – l'intero impianto (compressore, circolatori) è installato all'interno della stanza tecnica. Il rumore dell'unità interna si aggira intorno ai 35 – 45 dB(A), il che è paragonabile a un frigorifero normale o a un circolatore silenzioso, e inoltre il rumore è isolato dalle pareti della casa. Questo è uno degli argomenti decisivi a favore della terra-acqua in caso di edifici ravvicinati, terreni ristretti o relazioni di vicinato sensibili.

Durata e manutenzione

L'unità esterna della pompa di calore aria-acqua è esposta direttamente agli agenti atmosferici (ghiaccio, pioggia, neve, radiazione UV, eventualmente aria salina vicino al mare, che qui non trattiamo), il che riduce la sua durata rispetto alla tecnologia protetta all'interno. La durata dichiarata media del compressore e dell'unità esterna è di 15 – 20 anni, dopo i quali è solitamente necessario sostituire l'unità (simile alla climatizzazione). La manutenzione include la pulizia regolare dello scambiatore da sporco e foglie, il controllo dello scarico del condensato e del refrigerante.

La pompa di calore terra-acqua ha un'unità interna protetta dagli agenti atmosferici, il che allunga la sua durata a circa 20 – 25 anni. Lo scambiatore terrestre (fori, tubazioni del collettore) ha una durata molto più lunga – fori di alta qualità con tubazioni certificate si dichiarano per 50 anni o più, quindi praticamente per tutta la vita dell'edificio. Questo significa che al cambio della pompa di calore dopo 20-25 anni, nel sistema a terra si sostituisce solitamente solo l'unità stessa, mentre lo scambiatore terrestre rimane funzionale – il che compensa parzialmente l'investimento iniziale più elevato nel lungo termine.

Velocità e semplicità dell'installazione

Per quanto riguarda il calendario della costruzione, la differenza è significativa. L'aria-acqua può essere installata praticamente in qualsiasi momento dell'anno, l'installazione dell'unità esterna e interna insieme alla connessione richiede in media 2 – 4 giorni lavorativi, il che permette di pianificare flessibilmente anche un'installazione aggiuntiva in una casa già costruita e abitata.

L'aria-terra richiede una fase separata di perforazione o di scavi, che è meglio pianificare prima del completamento degli interventi sul terreno intorno alla casa (prima che si semini l'erba, si costruiscano i sentieri, le aree pavimentate), perché la sonda e l'equipaggiamento per gli scavi richiedono l'accesso di mezzi pesanti. La perforazione di 2 fori dura in media 2 – 4 giorni a seconda delle condizioni geologiche (la roccia si perfora più lentamente del terreno sabbioso), più l'installazione della pompa di calore stessa per altri 2 – 3 giorni. In una ristrutturazione di una casa già costruita con un giardino maturo, l'implementazione del sistema a terra è quindi più logistica e finanziariamente impegnativa (rischio di danni al giardino esistente, recinzioni, aree pavimentate).

Schemi decisionali – cosa valutare

Di seguito è riportato un procedimento semplificato che consigliamo di seguire nella decisione. Non si tratta di una regola rigorosa, ma dell'ordine delle domande che Lei dovrebbe porsi prima di contattare un'azienda di installazione per un'offerta specifica.

Nella pratica incontriamo spesso due tipi di profili clienti. Il primo tipo ha un budget limitato, un lotto urbano o suburbano normale e desidera una soluzione realizzabile rapidamente – in questi casi quasi sempre consigliamo l'aria-acqua. Il secondo tipo ha un terreno più grande in campagna, pianifica una casa per tutta la vita (spesso una costruzione nuova con standard passivo o a basso consumo energetico), non gli dà fastidio un investimento iniziale più elevato in cambio di un consumo operativo più basso e di un rumore minimo – in questi casi ha senso considerare la terra-acqua, idealmente già in fase di progettazione della casa, quando si può coordinare la fase di perforazione con il calendario della costruzione e con i lavori di scavo.

Cosa hanno in comune entrambi i sistemi

Nonostante le differenze nella fonte di calore, per entrambi i tipi valgono le stesse raccomandazioni generali. Entrambe le tecnologie funzionano meglio e più efficientemente con un sistema di riscaldamento a bassa temperatura (riscaldamento a pavimento, eventualmente radiatori o convettori sovradimensionati con una temperatura d'acqua progettuale bassa 35 – 45 °C) – più bassa è la temperatura d'uscita dell'acqua richiesta, più alto è il COP in entrambi i sistemi. Entrambi i sistemi richiedono inoltre una corretta dimensione in base alle perdite termiche della casa (non a occhio né in base alla superficie della casa), che dovrebbe essere effettuata da un progettista sulla base di un calcolo termotecnico, non da un'azienda di installazione con una stima approssimativa. Un impianto di pompa di calore sottodimensionato o sovradimensionato – in entrambi i tipi – porta a un consumo eccessivo, a un avvio più frequente del compressore e a una riduzione della sua durata.

Entrambi i sistemi richiedono inoltre una corretta progettazione bivalente o monovalente del riscaldamento (soprattutto per l'aria-acqua in caso di gelate estreme sotto i -15 a -20 °C, quando alcuni modelli più vecchi o economici necessitano di un riscaldamento elettrico di supporto), e entrambi traggono vantaggio da un controllo ekitermico ben regolato, che adatta la temperatura dell'acqua di riscaldamento alla temperatura esterna corrente invece di un valore fissato.

Riepilogo – come decidere

Se riepiloghiamo l'intero articolo in poche frasi: la pompa di calore aria-acqua è oggi in Slovacchia la scelta predominante grazie all'investimento iniziale più basso (circa 9.000 – 15.000 € completi), all'installazione più rapida e semplice senza la necessità di un terreno grande, ma con un'efficienza più bassa in caso di gelate forti (il COP scende a 1,8 – 2,2 a -15 °C) e con un rumore più elevato dell'unità esterna (45 – 60 dB). La pompa di calore terra-acqua, invece, offre un'efficienza stabilmente alta indipendentemente dal tempo (COP 4,0 – 5,0 nell'arco dell'anno), quasi zero rumore esterno e una durata più lunga dello scambiatore terrestre (50+ anni), ma al prezzo di un investimento iniziale molto più elevato (18.000 – 26.000 €) e della necessità di disporre di un terreno adatto con accesso per mezzi pesanti.

Non esiste una soluzione universale "migliore" – la scelta corretta dipende sempre dalla combinazione di budget, dimensione e forma del terreno, della durata prevista dell'abitazione in casa e della sensibilità al rumore. Consigliamo di farsi preparare un calcolo termotecnico della casa e una visita non vincolante del terreno da parte di un'azienda specializzata prima della decisione finale – soprattutto per la terra-acqua, la fattibilità reale dei fori su un determinato terreno è una questione che si deve verificare in anticipo, non dopo la firma del contratto.

Domande frequenti

È possibile installare in un secondo momento una pompa di calore terra-acqua in una casa esistente con un giardino già sviluppato?

Sì, ma è più complesso e costoso rispetto a una costruzione nuova. I fori verticali richiedono l'accesso del trivellatore al luogo di perforazione, il che potrebbe comportare un danneggiamento temporaneo di parte del prato, dei sentieri o del recinto, che dovrà essere ripristinato dopo l'esecuzione. Il collettore orizzontale in un giardino sviluppato è praticamente irrealizzabile senza un intervento significativo sulla vegetazione esistente. Nella pratica, la terra-acqua è quindi più semplice da realizzare in una costruzione nuova o prima del completamento degli interventi esterni intorno alla casa.

Funziona in modo affidabile una pompa di calore aria-acqua anche in caso di gelate intense sotto i -15 °C?

Sì, le unità moderne sono progettate per funzionare anche a -20 e -25 °C, ma la loro efficienza cala notevolmente a queste temperature (COP intorno a 1,8 – 2,2) e alcuni modelli necessitano di un riscaldamento elettrico di supporto in caso di gelate estreme. Nella progettazione del sistema è sempre necessario tener conto delle temperature minime tipiche della propria zona e far valutare la dimensione del sistema da un esperto in base alle perdite termiche reali della casa.

È vero che una pompa di calore terra-acqua è sempre più vantaggiosa a lungo termine?

No, non automaticamente. L'efficienza più alta della terra-acqua comporta un consumo annuo di elettricità inferiore, ma la differenza nell'investimento iniziale (tipicamente 8 000 – 12 000 € a svantaggio della terra-acqua) si ripaga gradualmente nel corso di molti anni in base al consumo medio di una casa familiare. Il calcolo preciso del ritorno sull'investimento dipende dalle perdite termiche specifiche della casa, dai costi dell'elettricità e dal fatto che la casa utilizzi anche fotovoltaico. Un calcolo dettagliato lo trova nell'articolo separato sulle economie delle pompe di calore (link in basso).

Quanto spazio reale sul terreno mi serve per un collettore o per i fori?

Per il collettore orizzontale si deve contare su una superficie di circa 1,5 a 2 volte la superficie riscaldata della casa, che deve rimanere libera in modo permanente (senza aree pavimentate, piscina o alberi con radici profonde). Per i fori verticali si parla piuttosto di accessibilità – è necessario un accesso per il trivellatore (strada pavimentata min. 2,5 – 3 m) e il rispetto delle distanze tra i fori (5 – 10 m) e dai confini dei terreni vicini in base alle normative locali.

Una pompa di calore terra-acqua è davvero significativamente più silenziosa?

Sì, in modo evidente. L'unità esterna aria-acqua con il suo ventilatore raggiunge i 45 – 60 dB(A), mentre l'unità interna terra-acqua installata in una stanza tecnica si muove intorno ai 35 – 45 dB(A), inoltre isolata dalle pareti della casa. Se si ha una costruzione molto vicina, un vicino prossimo o una stanza da letto vicina al luogo previsto per l'unità esterna, è uno dei motivi più forti a favore del sistema a terra.

Vale la pena combinare una pompa di calore con un caldaia a gas esistente invece di sostituirla completamente?

Una soluzione bivalente di questo tipo è possibile e in alcuni casi di ristrutturazione ha senso – la pompa di calore copre gran parte della stagione e la caldaia più vecchia entra in funzione solo durante i geli più forti o come riserva. Questa soluzione è più tipica per l'aria-acqua (a causa dell'installazione più semplice vicino alla caldaia esistente) rispetto alla terra-acqua, dove l'elevato investimento iniziale per i fori spesso motiva una soluzione monovalente completa senza mantenere la sorgente esistente.

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