Efficienza della pompa di calore: cosa dice
Quando si tratta di valutare l'efficienza di un sistema di riscaldamento, il rendimento gioca un ruolo importante. Indica infatti quanta parte dell'energia fornita può essere effettivamente utilizzata. Mentre i sistemi di riscaldamento a gasolio o a gas raggiungono risultati inferiori al 100%, l'efficienza di una pompa di calore è spesso molto più elevata. Nelle sezioni seguenti spieghiamo come ciò sia possibile e come si possa migliorare l'efficienza della pompa di calore.
Valore caratteristico standardizzato per l'efficienza dei sistemi di riscaldamento
L'efficienza (η) è un valore caratteristico che può essere utilizzato per descrivere l'efficienza di processi e macchine. È espresso in percentuale e dipende dall'energia fornita e dall'energia utilizzabile. Più alto è il suo valore, più efficiente è il funzionamento di un sistema. Un valore del 100% è l'ideale, in quanto tutta l'energia fornita può essere effettivamente utilizzata.
Prendiamo ad esempio il riscaldamento a gas: se il gas con un contenuto energetico di 100 kilowattora arriva al bruciatore e 95 kilowattora possono essere utilizzati nel sistema di riscaldamento, l'efficienza è del 95 per cento (η = 95/100 * 100 = 95 %). Il restante cinque per cento è rappresentato dalle perdite che si verificano nel generatore di calore.
Efficienza superiore al 100
A differenza dei sistemi di riscaldamento a gas, l'efficienza delle pompe di calore supera il 100%. A seconda del sistema, è possibile raggiungere circa il 300-500%. Tuttavia, questo non significa che l'energia fornita venga moltiplicata come per magia. Il valore elevato può essere spiegato dalla modalità di funzionamento e dai valori di riferimento selezionati.
Il funzionamento del sistema di riscaldamento consente di ottenere valori di efficienza elevati
Quando una pompa di calore entra in funzione, trasferisce il calore ambientale dall'aria, dal terreno o dall'acqua a un mezzo speciale. Il refrigerante evapora prima che un compressore azionato elettricamente ne aumenti la pressione. Quest'ultimo fa aumentare la temperatura e il calore generato viene trasferito all'acqua di riscaldamento. La formula è la seguente:
- Energia di riscaldamento = energia ambientale + energia elettrica
Quando si parla di efficienza di una pompa di calore, di solito si tiene conto solo dell'energia elettrica fornita dal compressore e dell'energia termica dissipata. L'energia ambientale, che viene fornita al processo anche altrove ma non viene fatturata, non viene presa in considerazione. Ne consegue la seguente formula per l'efficienza della pompa di calore:
- Efficienza della pompa di calore = energia elettrica fornita / energia termica dissipata.
La scelta delle variabili di riferimento porta generalmente a valori superiori al 100%.
Teoria: l'efficienza di Carnot delle pompe di calore
Gli esperti parlano anche di efficienza di Carnot o fattore di Carnot quando si parla di pompe di calore. Si tratta di un valore teorico che segna la massima efficienza di un ciclo ideale. Il processo ciclico è il processo ripetuto con cui la pompa di calore utilizza l'energia dell'ambiente per riscaldare (vaporizzando, comprimendo, liquefacendo, espandendo, vaporizzando di nuovo, ecc.) Per calcolare il valore, gli esperti considerano le temperature della fonte di calore e del sistema di riscaldamento in Kelvin. Il fattore di Carnot può essere calcolato con la seguente formula:
- Efficienza di Carnot = temperatura del flusso / (temperatura del flusso - temperatura della fonte di calore ambientale).
È importante specificare i valori in Kelvin. Aggiungere 273 alla temperatura in gradi Celsius (temperatura in gradi Celsius + 273 = temperatura in Kelvin).
Di norma, i consumatori possono ricavare ben poco dal risultato. Tuttavia, può essere utilizzato per determinare l'energia elettrica minima da utilizzare nelle condizioni prevalenti. Poiché le perdite si verificano in vari punti del processo, nella pratica il fabbisogno di energia è solitamente più elevato. Tuttavia, non è mai inferiore a quello calcolato con l'efficienza di Carnot della pompa di calore.
Efficienza della pompa di calore: confronto per fonte di calore
Il fattore di Carnot indica che l'efficienza di una pompa di calore dipende dalle condizioni di temperatura. Minore è la differenza tra la temperatura della sorgente e quella di mandata, maggiore è l'efficienza. Questo perché il compressore deve lavorare meno per portare il livello di temperatura del calore ambientale a un livello utilizzabile. Il consumo di energia della pompa di calore diminuisce e l'efficienza aumenta. Il diagramma di efficienza di una pompa di calore può essere visualizzato come segue:
Quando si tratta di riscaldare un edificio, questo permette di trarre un'ulteriore conclusione. Infatti, a parità di altre caratteristiche, il parametro di efficienza dipende dall'energia ambientale utilizzata, soprattutto in inverno. La tabella seguente lo dimostra confrontando le pompe di calore aria-acqua e salamoia-acqua.
Il confronto mostra che l'efficienza di una pompa di calore aria-acqua è inferiore in inverno, poiché il sistema accede alla fonte di energia ambientale più fredda. Le pompe di calore acqua glicolica/acqua, che estraggono il calore dal terreno, hanno un rendimento migliore. Questo perché la differenza tra la temperatura della sorgente e quella di mandata è più bassa durante la stagione di riscaldamento. Questo smentisce il mito delle pompe di calore secondo cui i sistemi non funzionano in inverno.
Parametri alternativi per l'efficienza del riscaldamento ambientale
Oltre all'efficienza delle pompe di calore, esistono numerosi altri parametri di efficienza. La seguente panoramica mostra i più importanti:
- COP: Il coefficiente di prestazione (COP) è un valore caratteristico dell'efficienza in un punto definito (esempio: temperatura dell'aria 2 gradi Celsius e temperatura di mandata 35 °C). Viene determinato sul banco di prova dagli esperti dividendo il calore prodotto per la potenza elettrica applicata.
- SCOP: come il COP, il coefficiente di rendimento stagionale (SCOP) può essere determinato sul banco di prova. Tuttavia, tiene conto dell'efficienza in condizioni climatiche diverse ed è quindi ancora più significativo.
- COP: Il coefficiente di prestazione stagionale (COP ) di una pompa di calore, come l'efficienza, il COP e lo SCOP, mette a confronto benefici e costi. Tuttavia, in questo caso sono rilevanti le quantità di energia misurate (produzione di calore e consumo di elettricità), motivo per cui il valore caratteristico consente di fare una dichiarazione sull'efficienza durante il funzionamento.
- ETA: L'efficienza energetica stagionale per il riscaldamento degli ambienti tiene conto anche del fattore di energia primaria dell'energia utilizzata, che deve essere diviso per lo SCOP per determinare il valore caratteristico. Questo aspetto è particolarmente importante per le sovvenzioni alle pompe di calore. In questo caso, infatti, devono essere rispettati determinati valori limite di ETA.
Consigli pratici: Migliorare l'efficienza della pompa di calore
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Selezionare una fonte di calore favorevole -
Installazione di grandi superfici riscaldanti -
Ottimizzare il sistema di riscaldamento -
Impostazione della pompa di calore
Se l'efficienza delle pompe di calore è bassa, i sistemi richiedono più elettricità e i costi di riscaldamento aumentano. Per evitare che ciò accada, è necessario ottimizzare il parametro dell'efficienza in fase di progettazione. L'obiettivo di tutte le misure è ridurre al minimo la differenza di temperatura tra la sorgente di calore e la temperatura di mandata. Sono disponibili le seguenti opzioni:
- Selezionare una fonte di calore favorevole: Se è possibile scegliere tra più fonti di calore, quella più calda garantisce la massima efficienza, a parità di altre condizioni. In termini di efficienza, le pompe di calore a terra sono più efficienti delle pompe di calore aria-acqua.
- Installare grandi superfici riscaldanti: Una volta stabilito il tipo di fonte di calore, in molti casi è possibile abbassare la temperatura di mandata. L'installazione di radiatori di grandi dimensioni, di radiatori a bassa temperatura o di sistemi di riscaldamento a pannelli è particolarmente efficace. Se si riceve una sovvenzione per la pompa di calore, è possibile includere i costi delle superfici riscaldanti.
- Ottimizzare il sistema di riscaldamento: Anche l'ottimizzazione della distribuzione del calore contribuisce a ottimizzare l'efficienza della pompa di calore. Questo è possibile, ad esempio, con il bilanciamento idraulico, che riduce la temperatura di mandata. Se il riscaldamento avviene già con una pompa di calore, lo Stato concede un sussidio per l'ottimizzazione del riscaldamento.
- Regolare la pompa di calore: Se il vostro impianto di riscaldamento funziona in base alla temperatura esterna, potete ottimizzare l'efficienza anche regolando la curva di riscaldamento. Questa specifica quanto deve essere alta la temperatura di mandata a diverse temperature esterne. Con la regolazione della temperatura ambiente, si può ottimizzare la temperatura ambiente.
Oltre a intervenire sull'impianto di riscaldamento, è possibile effettuare misure di isolamento o sostituire le finestre. Queste misure riducono il fabbisogno di calore e la temperatura di mandata. Rispetto agli interventi sull'impianto di riscaldamento, tuttavia, l'impegno e i costi sono solitamente più elevati.
