Serbatoio di accumulo per pompa di calore

Stiamo ancora preparando i prodotti.

Ma è possibile consultare altre categorie.

Cisterna di accumulo per pompa di calore

La pompa di calore è un tipo di fonte di calore diverso rispetto alla caldaia a gas o alla caldaia a combustibile solido e anche la cisterna di accumulo in questo caso svolge una funzione leggermente diversa. Mentre nella caldaia a legna o a pellet la cisterna è necessaria per accumulare il calore prodotto da un ciclo intensivo di combustione, nella pompa di calore il motivo principale è un altro – proteggere il compressore da accensioni e spegnimenti troppo frequenti (cosiddetto ciclamento) e garantire un flusso idraulico stabile dell'acqua nel sistema. In questo articolo spiegheremo praticamente quando è veramente necessaria una cisterna di accumulo per la pompa di calore, quando invece è inutile, come si differenzia dall'accumulatore classico per combustibili solidi e quale volume si è rivelato efficace in pratica.

Una nota importante fin dall'inizio: in questa categoria al momento non abbiamo in offerta alcun prodotto specifico (gli articoli attualmente non sono disponibili), quindi nell'articolo non ci riferiremo a modelli o prezzi specifici. L'obiettivo è che dopo la lettura Lei riesca autonomamente a valutare se necessita di una cisterna di accumulo per la Sua pompa di calore e, in caso affermativo, in quale intervallo di volume orientativo cercare – la decisione finale (produttore specifico, esecuzione, isolamento) potrà poi essere presa in collaborazione con il progettista o l'azienda installatrice.

Perché la pompa di calore ha bisogno di una cisterna

Il compressore della pompa di calore preferisce lunghi cicli di funzionamento fluidi – idealmente decine di minuti consecutivi – e non ama troppo frequenti avvii e arresti. Ogni avvio è meccanicamente e energeticamente il momento più impegnativo dell'intero ciclo, il compressore deve prima creare una differenza di pressione nel circuito frigorifero, prima di iniziare a fornire effettivamente potenza. Se la pompa di calore si accende e spegne troppo spesso (in linguaggio tecnico si parla di "ciclo breve"), si verifica:

un maggiore usura del compressore e una riduzione della sua durata,
un consumo elettrico più elevato per unità di calore fornito (l'avvio è energeticamente più costoso del funzionamento stabile),
un funzionamento rumoroso e meno fluido, percepibile soprattutto di notte,
in casi estremi, addirittura un guasto prematuro e la perdita della garanzia, poiché la maggior parte dei produttori limita direttamente il ciclamento nelle condizioni di installazione.

Il ciclamento si verifica quando nel sistema c'è troppa poca acqua rispetto alla potenza della pompa di calore e la perdita di calore dell'edificio in quel momento è inferiore alla potenza minima con cui la pompa può funzionare (cosiddetto minimo di modulazione). Le moderne pompe di calore inverter sono in grado di ridurre in modo fluido la potenza, spesso fino al 20-30 % della potenza nominale, quindi la sensibilità al ciclamento è minore rispetto alle unità più vecchie a singolo stadio – ma non è mai completamente eliminata, soprattutto durante i periodi intermedi (primavera, autunno), quando la perdita di calore della casa è bassa.

La seconda, altrettanto importante funzione della cisterna è idraulica – separare il circuito primario (pompa di calore) dal circuito secondario (distribuzione ai radiatori, pavimento riscaldato, eventualmente anche riscaldamento dell'acqua calda), in modo che i flussi e le pressioni in un circuito non influenzino l'altro. In pratica, si risolve con un separatore idraulico (volume minore, solo bilanciamento dei flussi) o con una cisterna di accumulo completa (volume maggiore, anche riserva termica).

Come funziona in pratica – schema di collegamento

Il collegamento più comune prevede che la pompa di calore riscalda l'acqua nella cisterna di accumulo (o vi scorre attraverso), e da lì il calore viene distribuito ulteriormente ai singoli circuiti di riscaldamento attraverso un collettore. L vantaggio è che la pompa di calore "vede" un grande volume d'acqua e non deve reagire a ogni piccola variazione del consumo di calore in casa – è la cisterna stessa che compensa.

Una variante più piccola e economica di questo collegamento è il cosiddetto separatore idraulico (in pratica si chiama anche "bilanciatore idraulico" o in inglese "low-loss header") – è sostanzialmente un breve tratto verticale di tubo di diametro maggiore, con un volume di pochi litri fino a decine di litri. Risolve la separazione idraulica dei circuiti, ma praticamente non fornisce alcuna accumulazione termica. Una vera cisterna di accumulo ha un volume dell'ordine delle centinaia di litri e, oltre alla separazione idraulica, fornisce anche una reale inerzia termica che limita il ciclamento.

Quando la cisterna non è affatto necessaria

Nelle moderne installazioni con riscaldamento a pavimento e con un volume sufficiente di acqua nei tubi stessi (tipicamente in case più grandi con estese superfici riscaldate a pavimento) si incontra sempre più spesso una soluzione senza cisterna di accumulo separata – cosiddetto collegamento "senza buffer". Il riscaldamento a pavimento ha infatti una grande inerzia termica in sé (malta, l'acqua stessa nei tubi), quindi in una certa misura assume la funzione di accumulo. Il produttore della pompa di calore indica sempre nel manuale di installazione il volume minimo d'acqua nel sistema necessario per una certa potenza – se il volume reale d'acqua nei tubi (inclusi radiatori o circuiti a pavimento) supera questo limite, la cisterna separata può essere omessa o sostituita solo da un piccolo separatore idraulico.

Viceversa, in combinazione con i radiatori (volume d'acqua minore nel sistema), con pompe di calore a singolo stadio (on/off) senza modulazione della potenza, o con l'uso combinato di diversi circuiti a temperatura diversa (ad esempio pavimento riscaldato + radiatori contemporaneamente), la cisterna di accumulo è quasi sempre raccomandata.

Quale volume di cisterna di accumulo scegliere

La regola di base, che si applica più frequentemente in pratica, è il rapporto orientativo tra il volume della cisterna e la potenza della pompa di calore. Per le pompe di calore, in pratica, si consiglia comunemente un volume di cisterna di circa 15 a 25 litri per ogni 1 kW di potenza della pompa di calore, con un valore medio pratico intorno a 20 l/kW. Questo numero è significativamente inferiore rispetto a quanto si applica per le caldaie a combustibile solido, dove si calcola con 50 a 100 l/kW – il motivo è semplice, la pompa di calore è in grado di regolare in modo fluido la potenza e può avviarsi in base alle esigenze in qualsiasi momento, mentre la caldaia a legna deve bruciare l'intera carica di combustibile in una volta sola.

Come appare in casi concreti, se si utilizza un fattore orientativo di 20 l/kW:

Questi numeri sono solo un punto di partenza orientativo, non un calcolo vincolante – il progetto reale lo realizza sempre il progettista o l'azienda installatrice, in base al tipo specifico della pompa di calore (il suo potere modulare minimo), al tipo di impianto di riscaldamento (pavimento radiante vs. radiatori) e al fatto che la caldaia serva anche per la produzione di acqua calda sanitaria o solo per il riscaldamento. Per un serbatoio combinato (riscaldamento + produzione ACS tramite serbatoio integrato o scambiatore) il volume aumenta in genere di ulteriori 80-150 litri rispetto alla parte di riscaldamento, in base al numero di persone in famiglia.

Confronto con altre fonti di calore

Per un'immagine più chiara, è utile confrontare come si differenzia la necessità di volume accumulativo in base al tipo di fonte di calore – le differenze sono davvero significative e spiegano perché si utilizzano numeri diversi per le pompe di calore rispetto alle caldaie a combustibile solido.

Fonte di calore	Volume raccomandato	Motivo principale del serbatoio
Pompa di calore	15–25 l/kW	Limitare il ciclamento del compressore, separazione idraulica dei circuiti
Caldaia a condensazione a gas	0–10 l/kW (spesso basta solo un separatore)	Separazione idraulica di più circuiti
Caldaia elettrica	ca. 10 l/kW	Compensazione delle punte, eventualmente sfruttamento della tariffa notturna
Caldaia a combustibile solido (legna, carbone)	50–100 l/kW	Accumulo dell'intero ciclo di combustione, che non si può regolare

Da questo confronto si vede perché spesso si confonde (sbagliando) il serbatoio per la pompa di calore con il serbatoio per la caldaia a combustibile solido – alcuni clienti ordinano un serbatoio sovradimensionato "per sicurezza", ma nel caso della pompa di calore questo apporta più svantaggi che vantaggi: una maggiore quantità d'acqua deve essere riscaldata fino alla temperatura desiderata, il che allunga la fase di avviamento del sistema e aumenta leggermente le perdite di calore attraverso la superficie esterna del serbatoio, senza che questo apporti un reale vantaggio per il limitare il ciclamento al di fuori del range raccomandato.

Stratificazione termica nel serbatoio

Un serbatoio accumulativo ben progettato funziona con una stratificazione termica (stratificazione) – l'acqua più calda si mantiene in alto, l'acqua più fredda in basso. In un sistema con pompa di calore, in pratica si utilizzano queste temperature orientative (che variano in base al settaggio della curva di riscaldamento e al tipo di circuiti):

strato superiore (uscita verso i circuiti di riscaldamento): ca. 50 °C,
strato intermedio: ca. 40 °C,
strato inferiore (ritorno dai circuiti verso la pompa di calore): ca. 28 °C.

Questa differenza di temperatura tra lo strato superiore e lo strato inferiore (nella nostra esempio ca. 22 °C) è importante – meglio si mantiene la stratificazione (ossia, meno si mescola l'acqua nel serbatoio), più efficientemente la pompa di calore funziona, perché aspira l'acqua fredda di ritorno dal fondo e non la diluisce con l'acqua calda in alto. Con entrata e uscita disposte in modo errato (ad esempio, quando il flusso dal collettore va direttamente attraverso il centro del serbatoio) si verifica un mescolamento degli strati e l'efficienza dell'intero sistema cala.

Isolemento e perdite di calore

Il serbatoio accumulativo deve essere ben isolato, altrimenti il vantaggio dell'accumulo termico si perde attraverso le perdite verso l'esterno. Un'isolazione di buona qualità (ad esempio 80–100 mm di schiuma poliuretanica rigida) mantiene le perdite termiche a un livello basso – in pratica, per un serbatoio di circa 500 litri mantenuti a ca. 45–50 °C, si parla di perdite termiche dell'ordine di 1 a 1,5 kWh al giorno. Questo numero è trascurabile rispetto al fabbisogno medio giornaliero di calore in una casa familiare (solitamente 15–40 kWh/giorno a seconda della stagione e dello stato di isolamento della casa), ma con un isolamento scarso o danneggiato (strato più sottile, serbatoio vecchio, perdite nei fori dei tubi) queste perdite possono raddoppiare o triplicare.

Raccomandazione pratica dalla pratica installativa: posizionare il serbatoio in uno spazio non riscaldato (ad esempio, una stanza tecnica) solo se questa stanza fa parte dell'involucro termico della casa (isolata, senza grandi perdite verso l'esterno) – altrimenti le perdite del serbatoio "sfuggono" fuori dallo spazio riscaldato inutilmente. Questo argomento lo trattiamo in dettaglio in un articolo separato sull'isolamento e le perdite termiche del serbatoio accumulativo.

Errori più frequenti che incontriamo

Nel progettare e installare un serbatoio accumulativo con pompa di calore, si verificano spesso alcuni errori tipici:

1. Serbatoio sovradimensionato "per sicurezza"

Come abbiamo menzionato sopra, un serbatoio eccessivamente grande allunga la fase di avviamento (ci mette più tempo per raggiungere la temperatura operativa) e aumenta le perdite termiche senza un reale vantaggio. L'intervallo raccomandato di 15–25 l/kW è verificato da decine di installazioni e non si dovrebbe deviare da esso in modo significativo verso l'alto senza un motivo tecnico specifico.

2. Serbatoio sottodimensionato e ciclamento frequente

L'estremo opposto – il serbatoio (o solo il volume d'acqua nel sistema) è più piccolo di quanto richieda il minimo indicato dal produttore della pompa di calore. Si manifesta con un acceso e spento frequente del compressore, soprattutto durante il periodo intermedio (primavera/autunno), quando il fabbisogno di calore è basso. La soluzione è aumentare il serbatoio o il volume d'acqua, oppure (se il produttore lo permette) ridurre il tempo minimo di funzionamento del compressore a livello software.

3. Posizionamento errato degli ingressi e uscite

Come abbiamo spiegato nella sezione sulla stratificazione – se gli ingressi e le uscite non sono posizionati in modo da supportare la stratificazione naturale (caldo in alto, freddo in basso), il serbatoio perde il suo senso e funziona solo come un normale "serbatoio di mescolamento" senza effetto di stratificazione.

4. Dimenticare l’eventuale espansione futura

Progettando il volume è utile tener conto anche di un eventuale collegamento futuro ad un’altra sorgente (ad esempio, un inserto camino con scambiatore, collettori solari termici) – un’adeguata modifica della schematica idraulica è sempre più complessa e costosa rispetto al caso in cui si tenga già conto di questa possibilità fin dal primo progetto.

Un’analisi più dettagliata di questi e di altri errori la trova nell’articolo dedicato agli errori più comuni nella progettazione della vasca di accumulo.

Quali sono le differenze tra la vasca per la pompa di calore e la vasca per la caldaia a combustibile solido

Oltre al volume diverso (15–25 l/kW rispetto a 50–100 l/kW), le vasche per questi due tipi di sorgente di calore differiscono anche costruttivamente. La vasca per la caldaia a combustibile solido spesso lavora a temperature più elevate (fino a 80–90 °C nella parte superiore) e deve sopportare un maggiore sforzo termico durante il ciclo intensivo di combustione. La vasca per la pompa di calore, invece, lavora a temperature più basse (tipicamente fino a 55–60 °C, spesso anche più basse nei sistemi a bassa temperatura), il che riduce i requisiti per il materiale, ma aumenta l’importanza della qualità dell’isolamento e del corretto cablaggio idraulico, poiché la pompa di calore è più sensibile alle piccole inefficienze nel sistema (funziona ininterrottamente per periodi più lunghi, quindi eventuali perdite di efficienza si accumulano). A questa tematica dedichiamo un articolo dedicato alla vasca di accumulo per la caldaia a combustibile solido e al confronto tra la vasca di accumulo e il serbatoio TÜV, dove spieghiamo anche la differenza tra la vasca per il riscaldamento e il serbatoio per l’acqua calda sanitaria.

Riassunto – a cosa non dimenticare

La vasca di accumulo per la pompa di calore serve principalmente a limitare il ciclamento del compressore e l’isolamento idraulico dei circuiti, non principalmente per l’accumulo di calore come nel caso del combustibile solido.
Volume orientativo: 15–25 l/kW della potenza della pompa di calore, valore medio circa 20 l/kW.
Nel caso di un riscaldamento a pavimento su larga scala con un volume sufficiente di acqua nei tubi, è talvolta possibile omettere la vasca – in ogni caso è sempre necessario verificare il volume minimo d’acqua indicato nel manuale d’installazione della pompa di calore specifica.
Un’ottima isolazione riduce in modo significativo le perdite di calore – una perdita tipica per una vasca da 500 litri ben isolata è dell’ordine di 1–1,5 kWh al giorno.
Un posizionamento corretto degli ingressi/uscite è fondamentale per mantenere lo strato termico e quindi l’efficienza complessiva del sistema.
Non esagerare con il volume “per sicurezza” – una vasca eccessivamente grande fa più danno che bene.

Domande frequenti

Deve ogni pompa di calore disporre di una vasca di accumulo?

No, non necessariamente. Se nel sistema (tubazioni, radiatori, pavimento riscaldato) è presente un volume sufficiente d’acqua in base al valore minimo indicato dal produttore della pompa di calore, è possibile omettere la vasca o sostituirla con un semplice separatore idraulico. Nei sistemi a radiatori con un volume d’acqua ridotto, invece, la vasca è quasi sempre raccomandata.

Qual è la differenza tra una vasca per la pompa di calore e una vasca per la caldaia a combustibile solido?

Considerevole – per la pompa di calore si calcola con 15–25 litri per kW di potenza, per la caldaia a combustibile solido con 50–100 litri per kW. La ragione è che la pompa di calore è in grado di regolare continuamente la potenza, mentre la caldaia a legna deve bruciare l’intero carico in una volta sola e l’eccesso di calore deve essere immagazzinato da qualche parte.

Può essere troppo grande una vasca di accumulo?

Sì. Una vasca eccessivamente grande allunga il tempo necessario per raggiungere la temperatura operativa e aumenta leggermente le perdite termiche attraverso la superficie esterna senza apportare ulteriori vantaggi rispetto al volume raccomandato di 15–25 l/kW.

È possibile combinare il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria in una sola vasca?

Sì, esistono vasche combinate con una parte per il riscaldamento e una per l’acqua calda sanitaria (o con un serbatoio integrato, o con uno scambiatore a flusso). In questo caso, al volume necessario per il riscaldamento si aggiunge in genere un ulteriore 80–150 litri per la produzione di acqua calda, in base al numero di persone in casa.

Quanto influenza lo strato termico l’efficienza della pompa di calore?

In modo decisivo. Se la vasca mantiene lo strato termico (acqua calda in alto, acqua fredda in basso), la pompa di calore aspira acqua più fredda e funziona più efficientemente con una temperatura di condensazione più bassa. Se gli strati si mescolano (ad esempio a causa di un posizionamento errato degli ingressi), la pompa di calore deve riscaldare acqua che è già parzialmente calda, il che riduce il suo coefficiente reale di prestazione (COP).

Quanta energia perde una vasca di accumulo comune in un giorno?

Con un’ottima isolazione (80–100 mm) e una vasca intorno ai 500 litri, le perdite si aggirano intorno a 1–1,5 kWh in 24 ore. Con un isolamento inferiore o danneggiato, queste perdite possono raddoppiare o triplicare.

Argomenti correlati

Ha una domanda su questo argomento?

Non riesce a decidere o sta affrontando una situazione specifica nella sua casa? Scrivici – siamo felici di aiutarti.