Pompa di calore aria acqua: come funziona, abbinamento con fotovoltaico

La pompa di calore aria acqua integrata all’impianto fotovoltaico è oggi tra le soluzioni domestiche più evolute per riscaldare, raffrescare e produrre acqua calda sanitaria; ma come funziona?

È un sistema che sfrutta le fonti rinnovabili di energia, e consente pertanto di migliorare notevolmente l’efficienza energetica dell’abitazione, soprattutto se il fotovoltaico è affiancato da un adeguato sistema di accumulo.

Vediamo di seguito come funziona una pompa di calore aria acqua, il suo utilizzo nelle abitazioni comuni e perché l’integrazione con il fotovoltaico garantisce prestazioni e benefici particolarmente interessanti per chi desidera migliorare l’autonomia energetica della propria casa.

Pompa di calore aria acqua: cos’è e come funziona

La pompa di calore aria acqua funziona come una “macchina” elettrica, che non produce calore bruciando combustibili, ma lo trasferisce da una sorgente a temperatura più bassa (l’aria esterna) ad un ambiente a temperatura più alta (l’acqua dell’impianto di riscaldamento o del boiler).

È il processo inverso a quello che avviene spontaneamente in natura e richiede quindi un apporto di energia elettrica.

In particolare, il sistema si basa su un ciclo frigorifero composto da quattro fasi principali:

1. Evaporazione: il fluido refrigerante presente nell’unità esterna assorbe calore dall’aria e passa allo stato gassoso;
2. Compressione: il compressore aumenta la temperatura e la pressione del gas, che raggiunge l’unità interna;
3. Condensazione: il calore viene trasferito all’acqua dell’impianto di riscaldamento o al boiler sanitario;
4. Espansione: il refrigerante torna allo stato liquido passando per la valvola di espansione, per poi ricominciare il ciclo.

Questo processo continuo permette alla pompa di calore di fornire energia termica costante anche a basse temperature esterne.

Il vantaggio principale è che l’energia termica ceduta all’impianto è maggiore dell’energia elettrica assorbita: l’efficienza si misura con il COP (Coefficient of Performance), cioè il rapporto tra calore fornito ed energia elettrica consumata.

Un COP pari a 3, ad esempio, significa che per ogni kWh elettrico assorbito ne ottieni circa 3 sotto forma di calore.

Una pompa di calore aria-acqua domestica è composta in genere da un’unità esterna (con compressore, ventilatore e scambiatore) e da un’unità interna con scambiatore acqua, circolatori e, spesso, un serbatoio di accumulo per riscaldamento e acqua calda sanitaria.

Molti modelli sono “reversibili” e possono lavorare anche in modalità raffrescamento, utilizzando ventilconvettori o pannelli radianti.

Leggi anche: “Pompa di calore alta temperatura: cosa sapere, vantaggi, fotovoltaico”

Pompa di calore con fotovoltaico: perché conviene

Le pompe di calore sono considerate, a livello europeo e nazionale, una tecnologia chiave per la decarbonizzazione degli edifici, proprio perché sfruttano energia rinnovabile dall’aria e riducono l’uso di combustibili fossili.

Sul sito ufficiale relativo all’impiego delle fonti energetiche la Commissione Europea dichiara esplicitamente che:

“Le pompe di calore sono fondamentali per consentire la transizione verso un’energia pulita e raggiungere l’obiettivo di neutralità carbonica dell’UE entro il 2050. Sono una tecnologia matura che offre un’efficienza energetica da 3 a 5 volte superiore rispetto alle caldaie a gas. Consentono un maggiore utilizzo di fonti energetiche rinnovabili, energia ambientale e calore di scarto. Secondo i dati Eurostat, circa il 50% di tutta l’energia consumata nell’UE viene utilizzata per il riscaldamento e il raffreddamento, e oltre il 70% proviene ancora da combustibili fossili (principalmente gas naturale). Un maggior numero di pompe di calore accelererà la transizione energetica e ridurrà la nostra dipendenza dai combustibili fossili importati.”

Quando la pompa viene alimentata da un impianto fotovoltaico domestico, una parte rilevante dell’energia necessaria al suo funzionamento è coperta dall’energia solare, riducendo così i prelievi dalla rete. Questo rende ancora più chiaro, nella pratica, capire come funziona una pompa di calore aria acqua all’interno di un sistema energetico basato su fonti rinnovabili.

I pannelli fotovoltaici producono soprattutto nelle ore centrali del giorno: programmando la pompa di calore per scaldare acqua tecnica o sanitaria in quelle fasce, migliorerai l’autoconsumo e la convenienza dell’impianto.

Per riuscirci, è essenziale una progettazione accurata basata sul reale fabbisogno termico della casa, sull’isolamento, sul tetto disponibile e sul tipo di riscaldamento esistente. Pompa di calore e fotovoltaico devono essere dimensionati correttamente per evitare sprechi o scarsa resa.

Leggi anche: “Fotovoltaico e Pompa di Calore: riuscirò a scaldare la casa gratis?”

Sistema di accumulo: il segreto per sfruttare tutta l’energia

La combinazione più efficiente dal punto di vista energetico per una casa è formato da:

• Pompa di calore aria-acqua;
• Impianto fotovoltaico;
• Sistema di accumulo integrato al fotovoltaico.

Il fotovoltaico con accumulo ti permette infatti di immagazzinare l’energia prodotta dall’impianto, ed impiegarla anche quando questo non sta producendo direttamente (es. ore serali, notturne o giornate di maltempo).

L’accumulo può essere elettrico, tramite batterie, oppure termico, tramite serbatoi di acqua tecnica o bollitori.

Con le batterie di accumulo, l’energia prodotta dal fotovoltaico durante il giorno viene conservata e utilizzata quando serve. Con l’accumulo termico, invece, la pompa di calore usa l’energia solare disponibile nelle ore centrali per scaldare l’acqua del serbatoio, che resta a disposizione anche nelle ore senza produzione.

Ciò consente di ridurre i prelievi dalla rete, ottimizzare l’autoconsumo, incrementare l’indipendenza energetica e mantenere costanti comfort e disponibilità di acqua calda sanitaria.

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