Come funziona una pompa di calore con i radiatori?

Alta efficienza, funzionamento regolare intrinsecamente Grazie alle sue caratteristiche ecologiche, al ridotto consumo energetico e alle interessanti sovvenzioni statali, la pompa di calore è un'ottima soluzione per il riscaldamento (e il raffreddamento, nel caso di una pompa di calore reversibile).

Un altro grande vantaggio è che la pompa di calore è compatibile con diversi sistemi di distribuzione domestica, in particolare con i radiatori, sia vecchi (ad alta temperatura) che nuovi (a bassa temperatura), sebbene vi sia una marcata differenza di efficienza per ciascuna configurazione.

In questo articolo esploriamo la soluzione combinata pompa di calore + radiatore: come funziona, criteri di scelta dei radiatori, dimensionamento e alternative.

Pompa di calore con radiatori: come funziona?

La combinazione pompa di calore + radiatore è un sistema di riscaldamento che sfrutta il principio della termodinamica per trasferire il calore da un mezzo all'altro. I radiatori svolgono un ruolo centrale in questo sistema, in quanto distribuiscono il calore prodotto dalla pompa di calore alle varie stanze dell'edificio.

Prima di parlare dei radiatori, esaminiamo un attimo il funzionamento generale di una pompa di calore. La pompa di calore assorbe il calore dall'ambiente esterno (aria, acqua o terreno, a seconda del tipo di pompa di calore) e lo trasferisce all'ambiente interno, solitamente un edificio o un'abitazione. Il ciclo termodinamico della pompa di calore si articola in quattro fasi principali:

1. Evaporazione Un refrigerante a bassa temperatura e bassa pressione circola nell'evaporatore e assorbe il calore dall'ambiente esterno. Questo assorbimento di energia provoca l'evaporazione del fluido, trasformandolo da liquido a gas;
2. Compressione Il gas refrigerante viene quindi diretto verso il compressore dove, per effetto della compressione, si riscalda ulteriormente;
3. Condensazione Il gas riscaldato ad alta pressione passa quindi attraverso il condensatore, dove trasferisce il suo calore all'acqua del circuito di riscaldamento. Questo trasferimento di calore fa sì che il gas si condensi e torni allo stato liquido;
4. Rilassamento Infine, il fluido passa attraverso una valvola di espansione che ne abbassa la pressione e la temperatura, preparandolo per il successivo ciclo di evaporazione.

Il calore prodotto può essere distribuito all'interno attraverso diversi canali: riscaldamento a pavimento, ventilconvettori, sistemi di canalizzazione, riscaldamento a parete, soffitti radianti e radiatori. È quest'ultima configurazione che ci interessa. 

Quando il gas refrigerante si condensa e cede il suo calore nel condensatore, riscalda un circuito d'acqua. L'acqua calda circola poi attraverso i radiatori. Poiché l'acqua ha una temperatura superiore a quella dell'aria ambiente, trasferisce il suo calore all'aria, che si riscalda e si diffonde nell'ambiente. E la regolazione?

In questo sistema di riscaldamento, ogni radiatore è dotato di una valvola termostatica che consente di impostare individualmente la temperatura in ogni stanza controllando la quantità di acqua calda che circola attraverso il radiatore, secondo le istruzioni dell'utente. Il termostato principale, solitamente situato nella stanza principale della casa, invia un segnale alla pompa di calore quando la temperatura ambiente scende al di sotto della temperatura impostata. La pompa di calore si accende e produce calore che viene distribuito dai radiatori.

Al contrario, quando la temperatura ambiente raggiunge o supera la temperatura impostata, il termostato invia un segnale per spegnere la pompa di calore. L'acqua nei radiatori si raffredda gradualmente e la temperatura dell'ambiente si abbassa. Questa regolazione automatica della temperatura garantisce un comfort termico costante, ottimizzando il consumo energetico.

Che tipo di radiatore devo usare con una pompa di calore?

Non tutti i radiatori sono compatibili con una pompa di calore. È una questione di temperatura di funzionamento. Le pompe di calore sono più efficienti quando funzionano a basse temperature, generalmente inferiori a 55°C, per due motivi: 

• Il ciclo termodinamicoche afferma che occorre più energia per trasferire il calore da un'area fredda a un'area più calda. Maggiore è la differenza di temperatura tra la fonte di calore (ad esempio, l'aria esterna) e il luogo in cui il calore deve essere fornito (ad esempio, il riscaldamento dell'acqua), maggiore è l'energia necessaria per effettuare questo trasferimento. Se la pompa di calore deve produrre acqua a una temperatura molto elevata, la differenza di temperatura è maggiore e richiede più energia, riducendo così il COP della pompa di calore;
• Compressione del refrigerante Più alta è la temperatura a cui l'acqua deve essere riscaldata, più il refrigerante dovrà essere compresso, con conseguente aumento del consumo energetico.

In breve, per massimizzare l'efficienza del vostro sistema di riscaldamento, dovreste preferire l'uso di radiatori a bassa temperatura. Ma analizziamo le due opzioni: bassa e alta temperatura.

Radiatori a bassa temperatura

I radiatori a bassa temperatura sono adatti agli impianti di riscaldamento che producono acqua a bassa temperatura, come le pompe di calore. Sono generalmente più grandi dei radiatori standard, in quanto devono compensare la bassa temperatura dell'acqua con una superficie riscaldante più ampia.

Anche il loro design è diverso, poiché sono realizzati con materiali ad alta conducibilità termica (in particolare l'alluminio) per una migliore diffusione del calore. In genere hanno una forma che favorisce la naturale convezione dell'aria.

I radiatori a bassa temperatura sono di gran lunga l'opzione più efficiente dal punto di vista energetico per un sistema di riscaldamento a pompa di calore + radiatori.

Radiatori ad alta temperatura

Le case più vecchie erano spesso dotate di sistemi di riscaldamento ad alta temperatura alimentati da caldaie a gas o a gasolio, con radiatori ad alta temperatura. In queste abitazioni, il passaggio a una pompa di calore nell'ambito di un progetto di ristrutturazione può rappresentare un problema, in quanto i radiatori sono meno adatti all'uso di una pompa di calore.

Un altro problema ricorrente Le case più vecchie sono spesso poco isolate rispetto agli standard odierni. Di conseguenza, il calore prodotto dalla pompa di calore si disperde rapidamente e l'apparecchiatura deve lavorare di più per raggiungere la temperatura desiderata, aumentando il consumo energetico e riducendo l'efficienza del sistema.

Se avete intenzione di installare una pompa di calore in una vecchia casa, dovrete decidere tra una o più delle seguenti opzioni: 

• Migliorare l'isolamento termico della casa per ridurre la quantità di calore necessaria a mantenere una temperatura interna confortevole e garantire l'efficienza di qualsiasi sistema di riscaldamento;
• Mantenere i radiatori ad alta temperatura se sono in buone condizioni e di dimensioni sufficienti. Tuttavia, è necessario uno studio dettagliato per determinare se questa opzione è economicamente valida; 
• Sostituzione dei radiatori ad alta temperatura da radiatori a bassa temperatura o da un sistema di riscaldamento a pavimento. Questi sistemi sono più compatibili con le pompe di calore e possono aiutarvi a massimizzare l'efficienza del vostro sistema di riscaldamento;
• Installazione di una pompa di calore ad alta temperatura in grado di produrre acqua a una temperatura sufficientemente elevata per alimentare i vecchi radiatori ad alta temperatura. Lo svantaggio è che questi modelli sono più costosi e meno efficienti di quelli a bassa temperatura.

Se si intende mantenere i radiatori ad alta temperatura, oltre a eseguire i lavori di isolamento, è necessario pulire l'impianto di riscaldamento esistente, o disincrostare, per rimuovere particelle, ruggine, calcare, ecc. Potrebbe essere necessario aggiungere dei radiatori per aumentare la superficie di riscaldamento e migliorare la distribuzione del calore. 

Dimensionamento dei radiatori in un sistema pompa di calore + radiatore

L'efficienza del sistema dipende in larga misura dal dimensionamento dei radiatori. Spesso i produttori dispongono di tabelle di dimensionamento molto dettagliate e offrono modelli su misura per tutte le configurazioni. Prima della vendita, l'installatore deve fornire una scheda di dimensionamento completa e un diagramma come parte del file di progettazione.

Il dimensionamento dei radiatori in un sistema pompa di calore + radiatore dipende da due fattori principali. Il primo è la potenza termica richiestaQuesto dipende dalle dimensioni dello spazio da riscaldare e dalle esigenze di riscaldamento dell'abitazione (vedi esempio sotto).

Poi c'è il regime di temperatura della pompa di calore. Quanto più bassa è la temperatura impostata (ad esempio 50/40), tanto maggiore è la superficie del radiatore e quindi le sue dimensioni, come spiegato sopra. Una pompa di calore spesso fornisce una temperatura di 50/40 o 45/35, che è inferiore a quella di una caldaia a combustibile fossile (gas o gasolio), che in genere fornisce 80/60. I radiatori più vecchi, che sono adatti a temperature più elevate, spesso hanno una superficie troppo piccola per una pompa di calore. 

In questo caso, avete due possibilità: migliorare l'isolamento dell'abitazione per ridurre la quantità di calore richiesta e quindi la potenza necessaria, oppure sostituire i radiatori ad alta temperatura con radiatori a bassa temperatura, che è ancora l'opzione più comune. In questo caso, dovrete pagare 150 euro per rimuovere il vecchio radiatore e tra 950 e 2.000 euro per acquistare e montare quello nuovo.

Esempio concreto di dimensionamento del radiatore

Prendiamo l'esempio di una casa di 100 m² in un clima temperato. La potenza termica necessaria è generalmente stimata in watt per metro quadro (W/m²). In media, si stima che siano necessari tra i 70 e i 100 W/m² per riscaldare adeguatamente una casa in inverno, a seconda dell'isolamento e dell'esposizione. Prendiamo un valore mediano di 85 W/m² per il nostro esempio.

Quindi, per una casa di 100 m², la potenza termica richiesta sarebbe : 100 m² * 85 W/m² = 8500 W o 8,5 kW. Per riscaldare adeguatamente l'abitazione è quindi necessario un impianto in grado di produrre 8,5 kilowatt di potenza termica.

Si tratta di una stima semplicistica, perché la potenza termica effettiva necessaria dipende dall'isolamento della casa, dal numero e dal tipo di finestre, dall'orientamento della casa, dal clima locale, ecc. Solo un professionista qualificato sarà in grado di valutare con precisione i requisiti termici della vostra casa.

Se a questo si aggiunge il regime di temperatura della pompa di calore, le dimensioni dei radiatori devono essere sufficientemente grandi per distribuire questa quantità di calore a una temperatura inferiore. Ad esempio, con un regime di temperatura di 50/40, i radiatori potrebbero avere una superficie totale compresa tra 10 e 20 m² per distribuire 8,5 kW di calore, a seconda del modello e del tipo di radiatore.

Riscaldamento a pavimento, un'alternativa interessante ai radiatori

A differenza dei radiatori, che irradiano calore in un unico punto, i sistemi di riscaldamento a pavimento irradiano calore in modo uniforme in tutta la stanza, grazie a circuiti di acqua calda integrati nel pavimento della stanza. 

In pratica, la pompa di calore riscalda l'acqua e la invia a questi circuiti nel terreno. L'acqua calda circola quindi attraverso i tubi, distribuendo il calore in modo uniforme e più piacevole in tutta la stanza. La temperatura dell'acqua nei sistemi di riscaldamento a pavimento è generalmente più bassa di quella utilizzata per i radiatori, spesso intorno ai 30-40°C, il che è ideale per l'efficienza della pompa di calore.

I vantaggi e gli svantaggi del riscaldamento a pavimento come alternativa ai radiatori sono riassunti nella tabella seguente.

Vantaggi	Svantaggi
Maggiore comfortIl calore viene distribuito in modo uniforme in tutta la stanza, evitando le zone troppo calde o troppo fredde.	Tempo di reazioneIl riscaldamento a pavimento impiega più tempo per alzare e abbassare la temperatura, il che può rendere più difficile la regolazione.
EsteticaSenza radiatori a vista, si ha una maggiore libertà di progettazione degli interni.	Costi di installazione elevati Il costo dell'installazione del riscaldamento a pavimento è superiore a quello di un impianto a radiatori, soprattutto in caso di ristrutturazione.
Efficienza energetica Grazie al loro regime di bassa temperatura (circa 30-40°C), i sistemi di riscaldamento a pavimento consentono alla pompa di calore di funzionare in modo più efficiente.	Grandi lavori di ristrutturazioneL'installazione del riscaldamento a pavimento in una casa in fase di ristrutturazione può comportare lavori importanti: la demolizione del pavimento esistente, la realizzazione di un nuovo massetto in cemento, ecc.
Migliore qualità dell'aria A differenza dei radiatori, i sistemi di riscaldamento a pavimento non fanno circolare la polvere, il che può migliorare la qualità dell'aria interna.	Incompatibilità con alcuni rivestimenti per pavimentiNon tutti i pavimenti sono compatibili con il riscaldamento a pavimento. Ad esempio, il parquet massiccio può deformarsi sotto l'effetto del calore.

Pompe di calore con radiatori: per concludere

L'installazione di una pompa di calore con radiatori richiede un'attenta riflessione sull'efficienza del sistema e sul suo funzionamento ottimale. Che si opti per radiatori a bassa temperatura, radiatori ad alta temperatura (per le case più vecchie) o addirittura per il riscaldamento a pavimento, è necessario analizzare attentamente la compatibilità di queste opzioni con la pompa di calore e i requisiti della casa. 

Dovrete prendere in considerazione il tipo e le condizioni dei radiatori esistenti, l'isolamento della vostra casa e il tipo di pompa di calore che state considerando. Solo un professionista qualificato sarà in grado di guidarvi in questo processo, in modo che possiate fare una scelta consapevole e ottenere il miglior ritorno sul vostro investimento, senza compromettere il comfort termico della vostra casa.