domenica 15 novembre 2009


Climatizzazione con LA POMPA DI CALORE

Cosa è la "pompa di calore"?

-La pompa di calore è un apparecchio in grado di prelevare calore da un ambiente freddo e trasferirlo ad un altro più caldo.

-La pompa di calore può funzionare sia elettricamente (sistema a compressione) sia con calore prelevato dai combustibili fossili o da altre fonti termiche quali il sole (sistema ad assorbimento).

In pratica l’apparecchio funziona come un comune frigorifero. La pompa di calore attualmente più diffusa nel mondo è quella a compressione, azionata elettricamente.

Per coloro che non hanno dimestichezza con la fisica, l’intero processo può essere riassunto in tal modo. L’apparecchio è in grado di prelevare calore anche dall’aria fredda dell’ambiente esterno e cedere questo calore all’ambiente che si vuole riscaldare. Tale è il processo attuato dalla pompa di calore in inverno. Durante l’estate gli apparecchi a pompa di calore "reversibile" (una semplice valvola a quattro vie permette questa funzione) sono in grado di "prelevare" calore dall’ambiente interno (in tal modo raffreddandolo) e "cederlo" all’aria calda dell’ambiente esterno.

Il motivo per cui, in fase di riscaldamento, la pompa di calore si presenta come un sistema che permette di risparmiare energia primaria (metano, olio combustibile), divenendo così anche economicamente conveniente per l’utente finale, è da ricercarsi nel fatto che il sistema è in grado di cedere all’ambiente da riscaldare il calore (del tutto gratuito) assorbito dall’ambiente esterno freddo, maggiorato della parte corrispondente al lavoro meccanico del compressore trasformato in calore (cioè del consumo reale di energia, il solo che effettivamente viene pagato). Esempio: Riscaldo con 3500 W ma pago solo per 1000 W (perchè 1000 W sono quelli assorbiti dalla macchina, e 2500 sono quelli assorbiti dall'ambiente esterno e "pompati" all'interno, ma comunque già esistenti). Il rapporto di cui sopra varia in base a diversi fattori, dei quali i più importanti sono: temperatura esterna, temperatura del gas nell'unità interna (più bassa se la velocità della ventola è più alta e scambia quindi più calore, ), temperatura interna.

IL RISANAMENTO ENERGETICO IN 3 PASSI

1 - Ridurre le dispersioni

Una istallazione ben fatta è sinonimo di risparmio. Oltre all'utilizzo della pompa di calore è consigliabile anche intervenire sulla coibentazione. Non ostacolare il flusso d'aria.

2 - Migliorare l'efficienza

Attraverso una migliore progettazione e realizzazione. Evitare (quando possibile): unità esterne con poca circolazione d'aria ed esposte al sole battente (per l'estate) ed unità interne posizionate troppo vicine al soffitto (una distanza di almeno un metro sarebbe consigliabile). Preferire unità ad inverter (rendimento più elevato soprattutto in riscaldamento e se montate troppo vicine al soffitto). Pulire regolarmente i filtri, la facile circolazione d'aria aumenta lo scambio termico ed abbassa il consumo. Coibentare bene le varie tubazioni, ridurre al minimo le zone scoperte e verificarne periodicamente lo stato. Scegliete macchine con elevata efficienza energetica.

3 - Ottimizzare la gestione

Attraverso l'impiego intelligente delle risorse. Attivare solo i dispositivi nell'ambiente ove si soggiorna (modularità), utilizzare la filosofia "zona giorno e zona notte". Tenere chiuse le finestre (d'estate, oltre al caldo, entra anche umidità che deve essere condensata ed espulsa). Se d'estate, tenete abbassate le tapparelle delle finestre esposte al sole. Evitare comunque di mantenere una grossa differenza di temperatura tra interno ed esterno.


La pompa di calore costituisce un sistema che permette di "risparmiare energia" e di essere così economicamente conveniente per l’utente ,soprattutto perché il calore "gratuito" prelevato dall’ambiente è, non sempre ma in gran parte dei casi), quantitativamente superiore a quello ceduto dal compressore, ed effettivamente "pagato" dall’utente.


Il sistema a pompa di calore può essere "reversibile", cambiando cioè la sua funzione (da riscaldatore a raffrescatore). Si realizza così la possibilità di "climatizzare" un ambiente per un intero anno (condizionamento estivo e riscaldamento invernale) con un unico sistema.

La pompa di calore (come è peraltro riconosciuto dalle specifiche leggi sul risparmio energetico (L.308/82,L. 9/91,L.10/91 e relativi regolamenti di attuazione) è un sistema che può realizzare un reale uso razionale dell’energia poiché:

- Permette un risparmio di energia, inducendo di conseguenza anche una riduzione dell’impatto ambientale imputabile all’impiego di combustibili fossili;

- E' un sistema più flessibile rispetto all’impiego di "due" differenti apparecchi per riscaldare e raffrescare un ambiente;

- La pompa di calore azionata elettricamente (sistema a compressione) oltre ad essere molto sicura ed altamente affidabile, non inquina l’ambiente anche per l’assenza di emissioni nocive in atmosfera nel luogo di installazione.

Nella scelta della pompa di calore ci si trova di fronte a diverse scelte da operare, tra le quali:

Classe energetica: indica il rendimento energetico dell'apparecchio. Una classe bassa, ad esempio la G costerà di più nell'uso ma avrà un costo minore di acquisto. Ovvio che per la propria residenza conviene optare per un sistema a rendimento più alto, in quanto la differenza di consumo ripagherà del costo superiore in poco tempo. Diverso il discorso per la "casa delle vacanze, che se poco utilizzata avrebbe un ammortamento in un tempo più lungo. Generalmente poi, apparecchi di qualità (e costo) superiore hanno altri vantaggi, quali ad esempio la ridotta rumorosità (sia interna che esterna). Un modello a bassa efficienza può costarvi molte decine di euro in più all'anno di maggior consumo energetico.
Gas refrigerante impiegato: Per motivi ecologici legati al refrigerante impiegato, si sta passando dallo R407 allo R410. Il 407 è una miscela di refrigeranti che è in grado di funzionare su macchine di vecchia generazione che impiegavano un refrigeranti ora fuori norma. Lo R410 e lo R410 A, necessitano di macchine progettate appositamente (pressioni operative maggiori) e spesso (ma non necessariamente) hanno anche una classe energetica superiore. La differenza è tutta qui.

Sistemi ad inverter:
indicano la presenza di un compressore particolare associato ad un elettronica di controllo più sofisticata. Il vantaggio nel comfort è che la temperatura viene modulata in modo continuo a seconda della differenza tra la temperatura impostata e quella dell'ambiente, e non con modalità acceso/spento (assenza di sbalzi nella temperatura di uscita). Altro vantaggio è nella assenza di spunto elettrico (il picco di assorbimento all'avvio), vista l'avviamento progressivo. Anche l'efficienza elettrica, soprattutto quella a caldo è superiore.


Esistono poi altre due categorie principali:

- Sistema monosplit o multisplit (a grandi linee un solo "compressore" per più posti interni). Il vantaggio è nel minor numero di unità esterne installabili. Occorre considerare però che il rendimento cala se si usa solo una parte della macchina.

- Sistema ad espansione diretta (il classico, dove il gas refrigerante viene fatto circolare direttamente all'interno dell'unità interna) o ad acqua (dove, analogamente a quanto avviene con una caldaia tradizionale, viene riscaldata dell'acqua che poi circola per tutto l'ambiente interno cedendo calore tramite fancoil, termoarredo, termosifoni, etc.)

- Sistema a ventilconvettori singoli o canalizzato (dove un solo ventilconvettore manda aria in più ambienti tramite appositi condotti d'aria)

La scelta va fatta caso per caso, considerando, oltre ai fattori oggettivi, anche le proprie preferenze individuali.

Nei sistemi ad espansione gassosa, è importante, per il funzionamento a caldo, che l'unità non sia montata troppo vicino al soffitto, in quanto la presenza di aria molto più calda in alto (stratificazione) obbliga la macchina a lavorare con una differenza di temperatura superiore tra esterno ed interno e questo, oltre a sollecitarla di più, ne abbassa di conseguenza anche il rendimento (nelle macchine ad espansione gassosa il rendimento può calare di circa il 10-20% anche con la velocità della ventola interna al minimo).


Come si presenta il tipo di pompa di calore più diffuso, il monosplit a parete.


Nel corso degli ultimi anni si è assistito nei paesi dell’Europa centrale e settentrionale alla diffusione dei sistemi per solo riscaldamento a pompa di calore in sostituzione delle tradizionali caldaie a bruciatore. I dati di mercato degli ultimi anni, mostrano come l’incremento delle vendite di pompe di calore di piccola potenza sia più rapido nei paesi del centro-nord Europa rispetto all’incremento che si è registrato in Italia nello stesso periodo di riferimento.

Per citare qualche esempio, nel 2005 il 72 per cento delle nuove costruzioni realizzate in Svizzera sono state dotate di sistemi di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria esclusivamente a pompa di calore.
In Finlandia la diffusione di pompe di calore nel 2005 è cresciuta del 76 per cento, in Francia del 46 per cento, in Germania del 30 per cento, in Svizzera l’incremento è stato del 23 per cento, in Italia solo del 7 per cento.
Questo è un dato paradossale, in quanto i paesi nel settentrione d'Europa sono più svantaggiati rispetto a quelli meridionali, considerando che le temperature invernali più basse abbassano il rendimento finale dei sistemi a pompa di calore.

Questi dati, unitamente alle notizie fornite dall'andamento del mercato, mostrano che è in atto un processo di sostituzione delle caldaie tradizionali con le pompe di calore.
Questa tendenza sarà certamente seguita anche dall'Italia, considerando, oltre al clima più favorevole della nostra penisola rispetto al resto d’Europa, anche le nuove disposizioni di legge che prevedono, dal 2008, agevolazioni fiscali per l’acquisto di una pompa di calore.


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PARAGONE TECNICO-ECONOMICO TRA IMPIANTI CLIMATIZZAZIONE E METANO

1. SISTEMA ELETTRICO: (a tariffa non agevolata, oltre i 3 kw)

Climatizzatore Classe Energetica "A" con efficienza ("COP") = 3,5 riferite a temperatura interna = 20° , temperatura esterna = 6°-7° , alla velocità massima (con velocità minima il rendimento diminuisce).

A temperature più basse l'efficienza della pompa di calore diminuisce, a temperature più alte aumenta.

Ad esempio, considerando le Temperature MEDIE in una città come Roma, il bilancio medio è ancora migliore: Gen=7,6 - Feb=8,7 - Mar=11,4 - Apr=14,7 - Mag=18,5 - Giu=22,9 - Lug=25,7 - Ago=25,3 - Set= 22,4 - Ott=17,4 - Nov=12,6 - Dic=8,9

Calcoli equiparati per una quantità di calore richiesta pari a 8.342 calorie (9.700 W)

Potenza resa: 9.7 = 8342 Kcal/h

Potenza assorbita: 2,69 kw/h

Costo kw/h: 0,15 €/h (escluse quote fisse, IVA., ecc. tariffa a 6Kw. )

Costo 1 ora funzione: 3,3 x 0,15 = 0,404 €/h (8,342 Kcal/h rese)

Da cui: costo di 1.000 Kcal/h: 0,048 €/h +IVA 10%= € 0,053

2. SISTEMA METANO: (a tariffa mediata. Caldaie ultima generazione)

Potenza resa: 9.700 (7.5 - 25 Kcal/h) (rendimento 88 %)

Potenza assorbita: Metano: 9,15 Kcal = 1mc (€/mc=0,5)

Potenza assorbita: Elettrica: 0,3 Kw (€/Kwh 0,15)

Metano: 1,1 mc/h (€/mc 0,5)

Costo 1 ora funzione:

Elettricità= 0,3 x 0,15 = 0,045 €/h (consumo della pompa elettrica per circolazione acqua calda nei caloriferi)

Metano = 1,1 x 0.5 = 0,55 €/h

Totale = 0,045 + 0,55 = 0,595 €./h

Da cui: costo di 1.000 Kcal/h = 0,0613 €/h +IVA 20%= € 0,074

2. SISTEMA METANO: (a tariffa mediata. Caldaia a condensazione)

Potenza resa: 9.700 (7.5 - 25 Kcal/h) (rendimento 102 %)

Potenza assorbita: Metano: 9,5 Kcal = 1mc (€/mc=0,5)

Potenza assorbita: Elettrica: 0,3 Kw (€/Kwh 0,15)

Metano: 1,02 Mc/h (€/mc 0,5)

Costo 1 ora funzione:

Elettricità= 0,3 x 0,15 = 0,045 €/h (consumo della pompa elettrica per circolazione acqua calda nei caloriferi)

Metano = 1,0 x 0.5 = 0,51 €/h

Totale = 0,045 + 0,5 = 0,555 €./h

Da cui: costo di 1.000 Kcal/h = 0,057 €/h +IVA 20%= 0,068

Differenza costi tra Pompa di Calore, caldaia a condensazione e caldaia standard dell'ultima generazione (caldaie considerate perfettamente a punto, nella realtà è peggiore).

A 6° esterni con 20° interni Acqua = 0,053 - € 0,068 - € 0,074

Costa quindi il 22% in meno della caldaia a condensazione e il 29 % in meno di una caldaia ad alto rendimento.

In una abitazione grande o in una media isolata (coibentata) male un esempio per il costo annuale del riscaldamento potrebbe essere:

Pompa di calore: 795 € (*), Caldaia a condensazione 1020 €, Caldaia standard 1110 €.

In realtà il rendimento delle caldaie, anche a causa della manutenzione non ottimale o della usura, spesso non è ai livelli teorici qui considerati.

(*) La possibilità che si ha con la pompa di calore di riscaldare i soli locali o le zone dove si soggiorna (es. zona giorno e zona notte) , può aumentare ulteriormente il risparmio, anche del 30%. Il rendimento varia anche in base alla temperatura esterna (la quantità di calore disponibile all'esterno), per temperature medie invernali di 10° invece che di 6° (10° sono la temperatura media invernale della zona di Roma), ad esempio, il rendimento aumenta di un ulteriore 15% circa rispetto ad una caldaia.

Se poi si considera il costo di altri combustibili, più elevato ri
spetto al metano, la convenienza è ancora maggiore.

Nel costo non è stato considerato quello della manutenzione obbligatoria (e necessaria), presente nelle caldaie a combustibile e assente nella pompa di calore.

Ulteriori considerazioni di paragone tra i due sistemi

Climatizzazione elettrica a pompa di calore

Riscaldamento con caldaia a gas metano

Impiego modulare e multizona (solo dove serve)

Nessun inquinamento ambientale

Zero spese di manutenzione e controllo

Circuito Frigorifero sigillato

Pericolosità nulla

Climatizzazione estiva/invernale

Deumidificazione ambiente ottimale (50%)

Bassi costi di gestione

Nessun sistema di scarico fumi

Filtrazione dell'aria nel locale climatizzato

Impiego totale (ulteriore spreco)

Inquinamento ambientale da fumi

Manutenzione periodica e libretto obbligatori

Possibili perdite tubazioni acqua

Possibilità. fughe gas

Solo riscaldamento

Deumidificazione inesistente

Costi di gestione superiori

Necessario sistema di scarico (canna fumaria)

Filtrazione inesistente.

INOLTRE:

Impiego modulare e multizona: Significa che si può utilizzare il sistema solo nelle zone dove è richiesto (es. soggiorno durante il giorno, camera da letto di notte) e impostare con precisione la temperatura, con ulteriore grosso risparmio.

ACEA ed ENEL possono, se richiesto, allacciare un contatore dedicato alle pompe di calore (3Kw), a tariffa abitativa, quindi agevolata, senza dover alzare il contratto a 4,5 o 6Kw, consigliabili per impianti di una certa potenza. Ci risulta però che cercare di ottenere questo beneficio è impresa ardua.

La pompa elettrica della caldaia a Metano consuma comunque energia elettrica, cosa che non viene mai considerata quando si valutano i costi del riscaldamento.

Il raggiungimento della temperatura richiesta, per esempio rientrando a casa è immediato. Nelle caldaie occorre sprecare una certa quantità di combustibile per portare l'acqua a temperatura.


DIMENSIONAMENTO DELL'IMPIANTO

Per dimensionare un impianto di climatizzazione esistono diversi metodi. Ovvio che un metodo complesso che prenda in considerazione tutte le variabili è il migliore e alla lunga porta anche ad un considerevole risparmio.

Esistono anche vari metodi empirici. Qui a seguire semplici indicazioni per il dimensionamento di un impianto.

Il metodo è semplice: per ogni metro cubo da climatizzare occorrono 30 kcalorie/ora in riscaldamento, e 25 kcalorie/ora in raffreddamento. Ad esempio, per una stanza di dimensioni 4x5 metri ed alta 3, la capacità necessaria è di (4x5x3)x30 = (60metri cubi) x 30 = 1800 kcal/h, ovvero circa 7000 BTU in riscaldamento, e 1500 kcal/h (6000 BTU) in raffreddamento.

Oppure: indicativamente calcolare una potenza di 6.000-8.000 Btu/h per ambienti tra i 15 e i 20 mq di superficie, di 9.000-10.000 Btu/h per quelli tra i 20 e i 30 mq, e di 11.000-14.000 Btu/h per locali tra i 30 e i 40 mq.

Si può effettuare una correzione per attualizzare il calcolo in base alle caratteristiche di finestre e pareti.

Dati indicativi per condizionamento.

Carichi totali in W termici da considerare (per le conversioni vedere a fondo pagina).

Finestre esposte al sole x mq:

N-E 192

E 256

S-E 238

S 238

S-O 384

S 477

N-O 256

Altre superfici:

Finestre non esposte al sole 44

Pareti pesanti esposte al sole 16

Pareti pesanti non esposte al sole 9

Pareti esposte al sole 26

Pareti non esposte al sole 12

Pareti leggere esposte al sole 35

Pareti leggere non esposte al sole 14

Soffitto 9

Pavimento 9

Luci e apparecchi elettrici: La potenza dissipata (circa quella assorbita)

Persone presenti 116 a persona.

Volume ambiente 5

Tabelle di conversione:

1 frigoria/h è uguale a 4 Btu/h e 1 Kcaloria equivale a 4Btu/h.

Rispetto alla potenza elettrica in watt (W), si considera che 1 W/h corrisponde a 3,4 Btu/h.

La caloria (cal.), è un'unità di misura di calore. 1 caloria è equivalente a 4,18 J, 1 KCaloria = 4185 Joule

1Kcal= 860W Quindi dividendo le clorie x 860 si ottengono i Kw.

Il Joule (J) è l'unità base dell'energia s.m.i.

Il Watt (W) è l'unità di misura della potenza, pari ad un Joule al secondo (J/s);

Il chilowattora (kWh) misura energia o lavoro (non potenza), è pari a 1000 Watt * 3600 secondi ,ovvero a 3,6 milioni di Joule, ossia 3,6 MJ.

La BTU (British Thermal Unit) è un'altra unità di misura del calore, come la caloria; un kWh equivale a 3413 BTU.

Calcolo aumento temperatura: Kilocaloria: calore richiesto per innalzare la tempertura di 1 Kg di acqua di 1 grado.

Calore richiesto: Peso x Calore specifico x salto termico.

Peso Specifico Aria = 1,2 Kg mc (20° S.L.)

Es. 25Kg acqua da 10 a 50° = 40 x 25= 1000 Kcal. = 1,1628 Kw

Calore specifico Acqua =1 , Aria = 0.241 , Cemento 0.16 , ferro 0.11.





Fonte: http://www.risanamentoenergetico.com/pompa_di_calore.htm

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