Quale potenza della pompa di calore ho bisogno

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Quale potenza della pompa di calore è necessaria

La domanda "quale potenza della pompa di calore devo acquistare" è probabilmente la domanda più frequente che si pone chiunque stia considerando il passaggio a una pompa di calore. La risposta sembra all'apparenza semplice - basta guardare la superficie della casa e moltiplicarla per un certo numero. Nella pratica non è così semplice e un errore nel calcolo della potenza è una delle cause più frequenti dell'insoddisfazione dei proprietari rispetto al nuovo impianto di riscaldamento installato. Un impianto sottodimensionato non riesce a mantenere la temperatura durante il freddo, mentre uno sovradimensionato si accende e spegne costantemente, riducendo la sua durata e aumentando il consumo elettrico. In questo articolo passeremo in rassegna passo dopo passo come si calcola correttamente la potenza della pompa di calore, quali fattori la influenzano, e vedremo anche un esempio concreto di calcolo per una casa reale.

Perché non basta solo "superficie della casa per un certo numero"

Molte persone si affidano a una semplice regola empirica tipo "1 kW ogni 10 m²". Questa regola può funzionare approssimativamente in alcuni casi, ma è fuorviante, perché ignora completamente il fattore più importante - le perdite termiche dell'edificio. Due case con la stessa superficie di 120 m² possono avere bisogni completamente diversi in termini di potenza, se una è stata costruita negli anni '80 senza isolamento aggiuntivo e l'altra è una costruzione moderna con uno spesso strato di isolamento, vetri tripli e ventilazione meccanica controllata con recupero di calore. La differenza di potenza tra le due può essere fino a sei volte maggiore.

Il procedimento corretto e tecnico per la scelta della potenza della pompa di calore parte dal calcolo delle perdite termiche dell'edificio (nella terminologia professionale si parla di calcolo delle perdite termiche in base alla norma UNI EN 12831), al quale si aggiunge successivamente la produzione di acqua calda sanitaria (ACS) e una riserva adeguata. Andiamo a esaminare passo per passo questo procedimento.

Che cosa sono le perdite termiche di una casa e perché sono la base di tutto il calcolo

Le perdite termiche sono la quantità di calore che una casa perde all'esterno in un'unità di tempo in base alla differenza di temperatura tra l'interno e l'esterno. Si esprimono in kilowatt (kW) e rappresentano appunto la potenza che il sistema di riscaldamento della casa deve fornire costantemente per mantenere la temperatura desiderata all'interno (di norma 20-21 °C) anche nel giorno più freddo dell'anno.

Le perdite termiche dipendono da diversi fattori chiave:

Superficie e volume dell'edificio - una casa più grande ha logicamente perdite termiche più elevate, ma non c'è una relazione lineare, perché dipende anche dalla forma dell'edificio (un cubo compatto perde meno calore di una casa con molte sporgenze e angoli).
Qualità dell'isolamento del involucro, del tetto e del pavimento - questo è il fattore più significativo. La differenza tra una casa non isolata e una ben isolata con la stessa superficie può rappresentare una differenza di perdite termiche fino a 3-6 volte maggiore.
Tipo e stato delle finestre - le vecchie finestre in legno con vetro singolo o doppio hanno proprietà di isolamento termico molto peggiori rispetto alle moderne finestre in plastica o in legno con vetri tripli di alta qualità.
Ventilazione - l'infiltrazione d'aria attraverso le fessure e la ventilazione controllata (soprattutto senza recupero di calore) rappresentano una componente significativa, spesso sottovalutata, delle perdite termiche.
Temperatura esterna progettuale della località - la Slovacchia non è climaticamente omogenea. Mentre a Bratislava e nel sud della Slovacchia si considera una temperatura esterna progettuale intorno a -11 e -12 °C, nel centro della Slovacchia è comune -15 °C e nelle aree montane di Orava, Kysuce o Liptov si considera fino a -18 °C. Più bassa è la temperatura esterna progettuale, più alta è la perdita termica richiesta e quindi anche la potenza dell'impianto.

Il calcolo preciso delle perdite termiche è un processo abbastanza complesso che tiene conto dei coefficienti di trasmissione termica delle singole strutture (muri, tetto, pavimento, finestre, porte), delle loro superfici e orientazioni, e lo esegue di norma il progettista o un installatore esperto utilizzando software specializzato. Per una stima orientativa possiamo però aiutarci anche con valori semplificati di perdita termica specifica per metro quadrato di superficie a piano, comunemente utilizzati nella pratica professionale.

Tabella orientativa - quanti kW necessita una casa in base all'isolamento e alla superficie

La seguente tabella mostra una stima orientativa delle perdite termiche (e quindi anche della potenza necessaria della fonte di calore) per diverse categorie di isolamento e per diverse superfici di casa. Si tratta di una stima semplificata utile per un'orientazione iniziale - per una decisione finale è sempre consigliabile farsi fare un calcolo preciso.

Tipo di casa / isolamento	Perdita specifica (W/m²)	80 m²	120 m²	150 m²	200 m²
Casa vecchia non isolata (prima del 1980)	120 W/m²	9,6 kW	14,4 kW	18,0 kW	24,0 kW
Casa parzialmente isolata (costruzione ca. 1980-2000)	85 W/m²	6,8 kW	10,2 kW	12,75 kW	17,0 kW
Casa isolata in base alle norme attuali (nuova costruzione dopo il 2015)	50 W/m²	4,0 kW	6,0 kW	7,5 kW	10,0 kW
Casa a basso consumo energetico fino a passiva	20 W/m²	1,6 kW	2,4 kW	3,0 kW	4,0 kW

Dalla tabella si vede perché l'argomento della potenza della pompa di calore è così delicato - case della stessa grandezza possono richiedere 2,4 kW o 14,4 kW a seconda dello stato in cui si trovano. Per questo qualsiasi raccomandazione generica tipo "per 120 m² basta una pompa di calore da 8 kW" è sostanzialmente inutile senza conoscere lo stato della casa.

Per un'immagine più chiara, rappresentiamo graficamente questi quattro valori per una casa di 120 m²:

Produzione di acqua calda sanitaria (ACS) - non dimenticarla di aggiungere

Le perdite termiche dell'edificio riguardano solo il riscaldamento, ma la maggior parte delle famiglie ha bisogno che la pompa di calore riscaldi anche l'acqua per la doccia, il bagno e la cottura. La produzione di ACS si risolve di norma attraverso uno scaldacqua ad accumulo (boiler), che funziona come un serbatoio - la pompa di calore lo riscalda gradualmente anche al di fuori dei picchi di consumo, quindi non è necessario dimensionare la potenza in base al picco istantaneo di consumo di acqua calda (ad esempio, più persone che si fanno la doccia contemporaneamente), ma piuttosto in base al consumo medio giornaliero.

Per una famiglia media di 4 persone si calcola comunemente un'ulteriore potenza media di circa 1 a 1,5 kW (distribuita in un serbatoio sufficientemente grande, tipicamente da 200-300 litri), in modo che durante il giorno si riesca a riscaldare la quantità necessaria di acqua. Per famiglie più grandi, o se si prevede di utilizzare una vasca idromassaggio o di fare spesso il bagno, questo valore può aumentare.

Riserva e coefficiente di sicurezza

Anche dopo il calcolo preciso delle perdite termiche e l'aggiunta del carico per la produzione di ACS, nella pratica si consiglia di aggiungere al risultato finale una riserva dell'incirca 10-15 %. Questa riserva copre:

inprecisioni nei calcoli (la stima dei coefficienti di trasmissione termica per edifici vecchi senza documentazione precisa è sempre solo approssimativa),
modifiche future possibili - ad esempio un'espansione, un tetto vetrato, un cambiamento della funzione di una stanza da non riscaldata a riscaldata,
situazioni climatiche estreme che superano la temperatura progettuale statistica,
un riscaldamento più rapido dopo un eventuale interruzione del riscaldamento (ad esempio dopo un lungo periodo di assenza in inverno).

La riserva non dovrebbe però essere eccessivamente alta - una sovradimensionatura porta con sé i propri problemi, di cui parleremo in un capitolo separato più avanti.

Procedura di calcolo passo dopo passo

Riassumiamo ora l'intero processo in uno schema chiaro, che può essere utilizzato da chiunque si stia preparando per la scelta di una pompa di calore con il proprio fornitore o progettista:

Perché la potenza nominale "a +7 °C" non basta

Questo è uno dei motivi più comuni di errori nella scelta di una pompa di calore. I produttori nei cataloghi riportano spesso la potenza nominale del dispositivo misurata alla temperatura esterna di +7 °C e con acqua di riscaldamento a 35 °C (condizioni A7/W35). Questo numero sembra alto, ma non dice nulla su quale potenza il dispositivo effettivamente fornisce proprio quando ce n'è più bisogno - cioè durante i geli intorno a -10 e -15 °C.

Una proprietà fisica delle pompe di calore aria-acqua è che la loro potenza e l'efficienza (COP) diminuiscono con il calo della temperatura esterna, poiché il dispositivo deve prelevare calore sempre da un'aria più fredda e "povera". Mentre a +7 °C una pompa può avere una potenza di ad esempio 9 kW, a -12 °C può essere solo 6 kW - una riduzione di un terzo. Per questo motivo è fondamentale, nella scelta, guardare la curva di potenza (grafico della dipendenza della potenza dalla temperatura esterna) alla temperatura progettuale dell'area specifica, non a un singolo numero pubblicitario del catalogo.

Punto bivalente - concetto chiave da comprendere

Proprio a causa della riduzione della potenza alle basse temperature, nella progettazione del sistema si utilizza il concetto di punto bivalente. Si tratta della temperatura esterna al di sotto della quale la pompa di calore da sola non riesce più a coprire l'intera perdita termica attuale dell'edificio, e deve essere attivata una fonte ausiliaria (bivalente) di calore - spesso una resistenza elettrica integrata nella pompa di calore stessa, oppure un esistente generatore di calore in soluzione ibrida.

Facciamo un esempio concreto con i numeri citati sopra. Immaginiamo una casa con una perdita termica di 7,5 kW alla temperatura progettuale di -12 °C (che corrisponde alla categoria "casa isolata secondo gli standard odierni" con una superficie di 150 m² della nostra tabella). Abbiamo scelto una pompa di calore la cui potenza è 9 kW a +7 °C, ma scende a 6 kW a -12 °C.

Come si sviluppano queste due curve - la richiesta di calore della casa e la potenza della pompa - con il calo della temperatura, e dove si intersecano, lo mostra il grafico seguente:

Nel grafico si vede che alle temperature esterne più alte (a destra) la potenza della pompa di calore è significativamente maggiore della richiesta attuale della casa - la pompa quindi funziona solo in una parte della sua potenza e per la maggior parte del tempo funziona in modalità risparmio energetico. Man mano che la temperatura cala, la richiesta di calore aumenta e la potenza della pompa diminuisce, finché intorno a -6 e -8 °C le due curve si intersecano - questo è il punto bivalente. Al di sotto di questa temperatura la pompa da sola non riesce più a coprire la richiesta e viene temporaneamente attivata una fonte ausiliaria (spesso una resistenza elettrica), che compensa la differenza mancante - nel nostro esempio a -12 °C si tratta di una differenza di circa 1,5 kW (7,5 kW di richiesta meno 6 kW di potenza della pompa).

Questo non è un errore di progettazione, ma una pratica normale ed economicamente sensata - detta appunto funzione bivalente (non monovalente). Il motivo è semplice: le temperature al di sotto del punto bivalente si verificano solo poche ore all'anno durante la stagione di riscaldamento (in Slovacchia in genere nell'ordine di alcune decine o centinaia di ore all'anno), quindi sarebbe economicamente e investitivo poco conveniente acquistare una pompa di calore molto più grande e costosa solo per coprire anche queste brevi punte. La fonte ausiliaria compensa la potenza mancante solo per una piccola parte dell'anno, mentre la pompa di calore copre da sola la maggior parte della stagione di riscaldamento (tipicamente il 90-98 % del fabbisogno annuo di calore) in un regime altamente efficiente.

Funzione monovalente - quando ha senso

Nella funzione monovalente la pompa di calore è progettata per coprire il 100 % delle perdite termiche anche alla temperatura progettuale più bassa senza alcuna fonte ausiliaria. Questo richiede una potenza (e quindi un costo) molto maggiore del dispositivo, che rimane inutilizzata per la maggior parte dell'anno. La funzione monovalente è conveniente soprattutto in case ben isolate con un basso fabbisogno termico, dove anche una pompa più piccola può coprire la punta, oppure dove l'investitore per qualsiasi motivo non vuole disporre in sistema di alcuna fonte ausiliaria (ad esempio per una completa elettrificazione della casa senza connessione a gas o ad altre fonti).

Che cosa succede se si sceglie la potenza in modo errato

Una stima errata della potenza si manifesta in due modi diversi a seconda che l'errore del fornitore sia in una direzione o nell'altra.

Pompa di calore sottodimensionata

Se la potenza dell'impianto è troppo bassa rispetto alle vere perdite termiche della casa, si noterà soprattutto nei giorni più freddi dell'anno - all'interno non sarà possibile mantenere la temperatura desiderata, la fonte di calore ausiliaria (bivalente) funzionerà molto più spesso e a lungo del previsto, il che aumenterà in modo significativo il consumo elettrico (la resistenza elettrica ha un COP pari a 1, quindi è molto meno efficiente rispetto alla pompa di calore stessa). Nel caso estremo, la casa non riuscirà nemmeno a riscaldarsi abbastanza durante le gelate.

Pompa di calore sovradimensionata

Un problema meno evidente, ma altrettanto reale, è l'estremo opposto - la potenza dell'impianto è inutilmente alta rispetto alle esigenze della casa. La pompa di calore funzionerà quindi per la maggior parte della stagione di riscaldamento solo a una frazione della sua potenza, causando cosiddetto ciclismo - frequenti accensioni e spegnimenti del compressore in intervalli brevissimi invece di un funzionamento lungo e continuo. Il ciclismo ha diversi effetti negativi: aumenta l'usura meccanica del compressore e ne riduce la durata, abbassa l'effettiva (non catalogo) rendimento dell'impianto, causa maggiori oscillazioni della temperatura ambiente e, non ultima, comporta un'investimento iniziale inutilmente più alto per un impianto più grande e costoso di quanto non fosse necessario.

Il seguente riepilogo riassume le conseguenze di entrambi gli estremi in confronto con un sistema progettato correttamente:

Esempio concreto di calcolo in una casa reale

Affinché l'intero procedimento risulti chiaro, lo illustreremo in un esempio concreto e semplificato.

Dati: Una casa familiare con una superficie al piano 150 m², costruita nel 2018 rispettando le norme attuali per l'isolamento (corrisponde alla categoria "casa isolata secondo le norme attuali" nella tabella sopra), ubicata in un'area con temperatura esterna progettuale di -12 °C, abitata da una famiglia di quattro persone.

Passo 1 - perdita termica: In base alla tabella con una perdita specifica di 50 W/m² e una superficie di 150 m², la perdita termica risulta essere 7,5 kW.

Passo 2 - preparazione ACS: Per una famiglia di quattro persone aggiungiamo una potenza media di 1,2 kW (insieme a un bollitore per acqua calda sanitaria sufficientemente grande, ad esempio da 250 litri). Totale: 7,5 + 1,2 = 8,7 kW.

Passo 3 - riserva: Aggiungiamo una riserva del 12 %: 8,7 × 1,12 = 9,74 kW, arrotondando quindi cerchiamo un impianto con una potenza intorno a 9,5-10 kW alla temperatura progettuale di -12 °C.

Passo 4 - confronto con la curva di potenza: È importante, nel caso della scelta di un modello specifico, verificare la potenza dichiarata alla temperatura di -12 °C (o alla temperatura più vicina e inferiore nella tabella del produttore), non alla potenza nominale alla temperatura di +7 °C, che può essere anche un terzo più alta.

Passo 5 - tipo di funzionamento: Con questa potenza progettata, il sistema funzionerà in modo leggermente bivalente con un punto bivalente intorno a -6 a -9 °C, che è una soluzione comune e vantaggiosa dal punto di vista economico in questa zona - la fonte ausiliaria (resistenza elettrica integrata) verrà attivata solo durante una parte relativamente breve dell'anno.

Lo stesso procedimento può essere applicato a qualsiasi casa - basta conoscere o farsi calcolare la reale perdita termica, aggiungervi l'ACS e una riserva adeguata, e confrontare il risultato con la curva di potenza dell'impianto specifico alla temperatura progettuale della propria zona.

Particolari in base al tipo di impianto di riscaldamento

Oltre alla potenza stessa, è importante tener conto anche del tipo di impianto di riscaldamento a cui verrà collegata la pompa di calore. Le pompe di calore raggiungono la massima efficienza con impianti a basse temperature (riscaldamento a pavimento, a parete) con una temperatura dell'acqua di riscaldamento intorno a 30-40 °C. Collegandola a impianti radiatori più vecchi dimensionati per temperature più alte (60-70 °C), potrebbe essere necessario aumentare la superficie dei radiatori (sostituirli con radiatori più grandi o a basse temperature), oppure tener conto del fatto che la pompa dovrà funzionare a una temperatura di uscita più alta, il che riduce il suo COP e richiede in genere una potenza installata leggermente maggiore per compensare l'efficienza ridotta in base al gradiente termico. A questa tematica dedicheremo un articolo separato sulle combinazioni tra pompa di calore e riscaldamento a pavimento o radiatori.

Perché affidarsi a un esperto per il calcolo

I valori e il procedimento descritti in questo articolo servono a comprendere il principio e a orientarsi inizialmente prima di prendere una decisione. Un calcolo reale e vincolante delle perdite termiche (cosiddetto calcolo termico o certificazione energetica) dovrebbe sempre essere effettuato da un progettista esperto o da un'azienda installatrice che conosca le dimensioni esatte, l'orientazione, la composizione delle strutture e lo stato della casa specifica. Le tabelle semplificate delle perdite specifiche per metro quadrato sono infatti solo valori medi per la categoria - una casa specifica può differire da quelle medie in entrambe le direzioni, ad esempio a causa di grandi superfici vetrate orientate a nord, finestre vecchie e poco ermetiche, o al contrario di un'ottima ristrutturazione aggiuntiva.

Un fornitore serio di pompe di calore dovrebbe sempre richiedere, prima di offrire una potenza specifica, almeno i dati di base della casa (anno di costruzione, spessore e tipo di isolamento, tipo di finestre, superficie, altezza dei soffitti, ubicazione) e, idealmente, effettuare o richiedere un calcolo termico. Se qualcuno vi offre un modello specifico e una potenza per la pompa di calore senza queste informazioni, solo sulla base della superficie della casa al telefono, è bene essere cauti.

Riassunto

La potenza corretta per una pompa di calore non può essere stimata solo in base alla superficie della casa - è fondamentale conoscere la reale perdita termica dell'edificio, che dipende soprattutto dalla qualità dell'isolamento e dalla temperatura esterna progettuale della zona. Alla perdita termica va aggiunta la potenza per la produzione di acqua calda e una riserva del 10-15 %, il risultato va confrontato con la curva di potenza dell'impianto specifico alla temperatura esterna più bassa (non con la potenza nominale a +7 °C), e infine si decide se il sistema funzionerà monovalentemente o bivalentemente con una fonte ausiliaria al di sotto del punto bivalente. Sia l'underdimensionamento che l'overdimensionamento portano a problemi operativi reali, quindi conviene investire tempo (e, idealmente, anche denaro per una certificazione energetica) in un calcolo corretto già prima dell'acquisto dell'impianto.

Domande frequenti

È sufficiente una tabella orientativa in base alla superficie della casa, oppure devo farmi fare un calcolo preciso?

La tabella orientativa è un buon punto di partenza per una prima idea e per confrontare le offerte, ma prima dell'acquisto vincolante di un impianto specifico si consiglia sempre di farsi effettuare un calcolo termico preciso ad hoc per la propria casa. Le differenze tra una casa media della categoria e la propria casa specifica possono arrivare anche a decine di percentuali, soprattutto in caso di forme di edificio non tipiche, grandi superfici vetrate o isolamento incompleto.

È meglio scegliere una potenza maggiore "per sicurezza"?

No, una sovradimensionata presenta i propri problemi - cicli frequenti (accensioni e spegnimenti) del compressore, che riducono l'effettivo rendimento e la durata dell'impianto, e inoltre un investimento iniziale inutilmente più elevato. Un sistema correttamente dimensionato funziona con lunghi e continui cicli e risulta più efficiente e silenzioso.

Che significa che una pompa di calore copre "il 90-98% del fabbisogno termico" anche se sotto il punto bivalente è minore di quanto teoricamente necessario?

Si tratta della differenza tra la punta di potenza e il fabbisogno energetico annuo. Le temperature estremamente basse sotto il punto bivalente si verificano solo poche ore all'anno durante la stagione di riscaldamento, quindi anche se in quei momenti un'unità ausiliaria compensa la potenza mancante, in termini di consumo energetico annuale si tratta di una quota minima. La pompa di calore quindi funziona per la maggior parte della stagione di riscaldamento in modo autonomo e ad alta efficienza.

Come posso sapere qual è la temperatura esterna progettuale per la mia località?

La Slovenia si divide in diverse zone climatiche in base alle temperature progettuali - orientativamente da circa -11 a -12 °C a sud e in zone di bassa quota (ad esempio intorno a Bratislava) fino a -15 °C al centro della Slovenia e fino a -18 °C nelle aree montane di Orava, Kysuce e Liptov. Il valore preciso per il proprio comune può confermarlo il progettista o l'azienda esecutrice.

Influisce il tipo di sistema di riscaldamento (radiatori vs. riscaldamento a pavimento) sulla potenza necessaria della pompa di calore?

Non influisce direttamente sulla perdita termica della casa, ma influisce sull'efficacia con cui la pompa di calore copre questa perdita. Il riscaldamento a pavimento e a parete funziona con temperature dell'acqua di riscaldamento più basse (circa 30-40 °C), a cui le pompe di calore hanno un COP più elevato. I vecchi impianti radiatori progettati per temperature più alte (60-70 °C) potrebbero richiedere un'adeguazione (radiatori più grandi) o un funzionamento della pompa a una minore efficienza, che in pratica si risolve con una potenza installata leggermente maggiore.

Che succede se alla fine si scopre che la potenza è stata scelta male dopo l'installazione?

In caso di un leggero disallineamento si può intervenire parzialmente regolando i parametri (ad esempio la curva equitermica, la temperatura di accensione dell'unità ausiliaria), mentre in caso di sottodimensionamento o sovradimensionamento evidente la correzione è più complessa e spesso comporta l'installazione di un impianto supplementare o la sostituzione del dispositivo - per questo motivo conviene dedicare abbastanza tempo al calcolo dettagliato prima dell'acquisto.

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