Dimensionamento e potenza delle pompe di calore: come valutarli?

Le pompe di calore rappresentano una soluzione efficace ed efficiente per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti, ma un dimensionamento impreciso può compromettere le prestazioni e aumentare i costi operativi.
Per dimensionamento si intende la definizione della potenza della pompa di calore misurata in kW, e, per poterla calcolare esattamente, occorre avere a disposizione una serie di dati fondamentali.
Un impianto studiato appositamente per un edificio potrebbe risultare sottodimensionato per un altro - non riuscendo a riscaldare/raffrescare correttamente l'ambiente - o sovradimensionato, causando uno spreco di energia e un aumento dei consumi in bolletta.
In questa guida, esploreremo approfonditamente il processo di dimensionamento delle pompe di calore, fornendo una panoramica completa su come valutare con precisione la potenza necessaria e quali aspetti considerare per ottenere risultati ottimali.
Capacità di riscaldamento e raffrescamento
Potenza termica nominale: cos’è sono e a cosa serve?
Le pompe di calore sono disponibili in diverse taglie, con potenze che variano da pochi kW a decine di kW.
La potenza termica nominale rappresenta la capacità di riscaldamento o raffreddamento di una pompa di calore in condizioni standard.
Si tratta quindi di un parametro molto comune per valutare le prestazioni di una pompa di calore, poichè permette di paragonare facilmente modelli diversi.
Fabbisogno termico
Quali fattori influenzano la potenza termica necessaria?
- Isolamento termico.
L'efficacia dell'isolamento termico dell'edificio influisce direttamente sulla quantità di calore da fornire o rimuovere. Il livello di coibentazione delle pareti, il numero di finestre o vetrate e la tipologia di infissi, per esempio, hanno un impatto sulla capacità dell’edificio di mantenere la temperatura desiderata.
- Dimensioni dell'ambiente.
La superficie e il volume dell'ambiente influenzano la quantità di calore necessaria per mantenere una temperatura confortevole.
- Esposizione solare.
La quantità di luce solare che entra nell'ambiente, così come l’esposizione ad altri agenti atmosferici, può influenzare il carico termico necessario.
- Condizioni climatiche.
Il clima locale, comprese le temperature esterne medie e le variazioni stagionali, devono essere considerate. L'Italia si divide in sei zone climatiche, identificate dalle lettere da A a F. La zona A raggruppa i comuni più caldi, fino a scendere via via alla zona F dove troviamo quelli più freddi. Le tabelle delle zone climatiche, elencate per i vari comuni del territorio italiano, sono reperibili sul sito dell’Enea.
- Uso dell'ambiente.
L'uso dell'ambiente, per esempio se è un'abitazione residenziale o un edificio commerciale, può influenzare il carico termico.
Tutti questi parametri determinano il cosiddetto carico termico o fabbisogno termico dell’edificio: si tratta di un valore fondamentale per procedere al calcolo dei Kw necessari e per valutare quale sistema sia più adatto alla propria abitazione.
Dati per il dimensionamento
Dimensionamento pompa di calore: quali dati occorrono?
Per procedere al calcolo, è fondamentale disporre dei seguenti dati.
Fabbisogno energia per superficie
1. Fabbisogno termico dell’edificio.
Questo valore rappresenta la differenza tra gli apporti termici gratuiti all’abitazione e la dispersione di calore che avviene durante il periodo di riscaldamento. Per calcolarlo sono due i valori considerare, reperibili solitamente nella documentazione tecnica dell’edificio:
- il fabbisogno annuo di energia termica (indicato in kWh/m2 all’anno)
- superficie utile in m2
Se l’edificio in questione dispone di un Attestato di Prestazione Energetica (APE) è possibile prelevare il valore del fabbisogno annuo di energia termica in corrispondenza della voce EPH,nd.
| Altri dati di dettaglio del fabbricato* | ||
|---|---|---|
| V - Volume riscaldato | 1272,7 | m3 |
| S - Superficie disperdente | 757,0 | m2 |
| Rapporto S/V | 0,595 | |
| EPh,nd | 103,1 | kWh/m2 anno |
| Asol,est/Asup utile | 0,0000 | - |
| YIE | 0,7293 | W/m2K |
Fac-simile Attestato di Prestazione Energetica (APE), sezione "Altri dati di dettaglio del fabbricato". Fonte: certificato-energetico.it
**V - Volume riscaldato: volume dell'edificio o unità immobiliare riscaldato in inverno.
***S - Superficie disperdente: area totale delle superficie dell'edificio che confinano con l'esterno, con il suolo o con ambienti non climatizzati attraverso i quali il calore è disperso.
****Rapporto S/V: rapporto tra superficie disperdente (S) e volume lordo (V). Più è basso, minore è la dispersione termica dell'edificio.
*****EPH,nd: indicatore del fabbisogno di riscaldamento legato all'involucro dell'edificio, indipendentemente dall'impianto di riscaldamento. Indica il livello di isolamento termico dell'involucro.
******Asol este/Asup utile: capacità di isolamento dall'irraggiamento solare nel periodo estivo dell'edificio. Più è basso, minore è il rischio di surriscaldamento dell'involucro in estate.
*******YIE: trasmittanza termica periodica. Indica la capacità della parete opaca di attenuare il flusso termico che dall'esterno entra all'interno dell'involucro nell'arco di un giorno. Determina il comfort in estate: più il valore è basso, maggiore sarà il comfort.
Laddove, invece, si tratti di un edificio di epoca meno recente, l’Attestato di Certificazione Energetica (ACE), individua il fabbisogno annuo di energia termica in corrispondenza della voce “Climatizzazione invernale ETH” mentre la superficie in corrispondenza della voce “superficie utile”.
Avendo a disposizione questi elementi è possibile applicare la seguente formula (rimane tuttavia necessario il coinvolgimento di un tecnico specializzato o di un installatore esperto per garantire un calcolo accurato):
Fabbisogno termico
Fabbisogno termico (kWh/anno) = superficie utile da riscaldare (m2) * fabbisogno annuo di energia termica (kWh/m2 anno)
Differenza tra temperatura interna ed esterna
2. GradiGiorno.
| Zona climatica | Gradi Giorno |
|---|---|
| A | < 600 |
| B | 600 - 900 |
| C | 901 - 1.400 |
| D | 1.401 - 2.100 |
| E | 2.101 - 3.000 |
| F | > 3.000 |
Fonte dati tabella: Normattiva.it
3. Temperatura esterna minima di progetto.
| Località e gradi C° | Località e gradi C° |
|---|---|
| Torino -8 | Ancona -2 |
| Alessandria -8 | Ascoli Piceno -2 |
| Asti -8 | Macerata -2 |
| Cuneo -10 | Pesaro -2 |
| Alta valle cuneese -15 | Firenze 0 |
| Novara -5 | Arezzo 0 |
| Vercelli -7 | Grosseto L. 0 |
| Aosta -10 | Livorno 0 |
| Valle d'Aosta -15 | Massa Carrara 0 |
| Alta Valle d'Aosta -20 | Pisa 0 |
| Genova 0 | Siena -2 |
| Imperia 0 | Perugia -2 |
| La Spezia 0 | Terni -2 |
| Savona 0 | Roma 0 |
| Milano -5 | Frosinone 0 |
| Bergamo -5 | Latina 2 |
| Brescia -7 | Rieti -3 |
| Corno -5 | Viterbo -2 |
| Provincia di Como -7 | Napoli 2 |
| Cremona -5 | Avellino -2 |
| Mantova -5 | Benevento -2 |
| Pavia -5 | Caserta 0 |
| Sondrio -10 | Salerno 2 |
| Alta Valtellina -15 | L'Aquila -5 |
| Varese -5 | Chieti 0 |
| Trento -12 | Pescara 2 |
| Bolzano -15 | Teramo 0 |
| Venezia -5 | Campobasso -4 |
| Belluno -10 | Bari 0 |
| Padova -5 | Brindisi 0 |
| Rovigo -5 | Foggia 0 |
| Treviso -5 | Lecce 0 |
| Verona -5 | Taranto 0 |
| Verona (zona lago) -3 | Potenza -3 |
| Verona (zona montana) -10 | Matera -2 |
| Vicenza -5 | Reggio Calabria 3 |
| Vicenza (zona altopiani) -10 | Catanzaro -2 |
| Trieste -5 | Cosenza -3 |
| Gorizia -5 | Palermo 5 |
| Pordenone -5 | Agrigento 3 |
| Udine -5 | Caltanissetta 0 |
| Bassa Carnia -7 | Catania 5 |
| Alta Carnia -10 | Enna -3 |
| Tarvisio -15 | Messina 5 |
| Ferrara -5 | Ragusa 0 |
| Forlì -5 | Siracusa 5 |
| Modena -5 | Trapani 5 |
| Parma -5 | Cagliari 3 |
| Piacenza -5 | |
| Reggio Emilia -5 |
Fonte dati tabella: www.uni.com, Ente Nazionale di Formazione.
Zone climatiche e orari
4. Ore di riscaldamento giornaliere consentite.
| Zona climatica | Periodo accensione | Orario consentito |
|---|---|---|
| A | 1° dicembre – 15 marzo | 6 ore al giorno |
| B | 1° dicembre – 31 marzo | 8 ore al giorno |
| C | 15 novembre – 31 marzo | 1 ore al giorno |
| D | 1° novembre – 15 aprile | 12 ore al giorno |
| E | 15 ottobre – 15 aprile | 14 ore al giorno |
| F | Nessun limite | Nessun limite |
Fonte dati tabella: www.gazzettaufficiale.it, Gazzetta Ufficiale, Decreto del Presidente della Repubblica 16 aprile 2013, n. 74
Calcolo potenza termica
Formula per il dimensionamento della pompa di calore.
Avendo a disposizione tutti gli elementi indicati nel paragrafo precedente, è possibile applicare la seguente formula per calcolare la potenza termica della pompa di calore.
L’applicazione di questa formula determina la potenza approssimativa che la pompa di calore dovrebbe avere per garantire una temperatura confortevole anche in base all'edificio e alla zona climatica in cui è situato.
Un calcolo preciso, tuttavia, richiede un sopralluogo condotto da un tecnico specializzato, in grado di valutare tutte le variabili coinvolte.
Potenza termica (kW)
Potenza termica (kW) = Fabbisogno termico * (20 °C – Temperatura min. progetto) / GradiGiorno / Ore riscaldamento giornaliere
Potenza necessaria in base ai metri quadri
Pompa di calore: quanti kW per mq?
Per una valutazione approssimativa e indicativa, è possibile prendere in considerazione anche esclusivamente le dimensioni della stanza.
La superficie in metri quadri va moltiplicata per un coefficiente di coibentazione che varia a seconda del livello di isolamento dell'edificio:
- 0,04 kW/m2 per buona coibentazione (nuovi edifici)
- 0,11 kW/m2 per scarsa coibentazione (vecchi edifici)
Ciò significa, ad esempio, che per un appartamento di 100 mq e un coefficiente di coibentazione medio, la pompa di calore dovrà avere una potenza termica di 7 kW (100 x 0,07). Si tratta, ovviamente, di un’approssimazione a titolo di esempio; ogni casistica ha bisogno di valutazioni specifiche e di una consulenza tecnica dedicata.
Rimane tuttavia necessario il coinvolgimento di tecnici specializzati per procedere alla scelta della pompa di calore più adatta alle caratteristiche dell’edificio e alla zona climatica in cui è ubicato.
| Dimensioni superficie | Potenza richiesta |
|---|---|
| Superficie fino a 80 m2 | Pompa di calore da 4-6 kW |
| Superficie da 80 a 120 m2 | Pompa di calore da 6-8 kW |
| Superficie da 120 a 160 m2 | Pompa di calore da 8-10 kW |
| Superficie oltre 160 m2 | Pompa di calore da 10 kW o superiore |
Misure
Quanto spazio occupano le pompe di calore Vaillant?
Le nostre pompe di calore aria-acqua sono molto compatte: richiedono uno spazio paragonabile a quello occupato da due comuni bidoni per la raccolta dei rifiuti, rendendole adatte anche alle abitazioni con spazi esterni limitati.
Per garantire prestazioni ottimali, è sufficiente prevedere uno spazio adeguato attorno all’unità, così da assicurare una corretta circolazione dell’aria e consentire l’accesso per le operazioni di manutenzione.
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E i tubi?
Dimensionamento tubazioni pompa di calore: perché è importante.
Da sottolineare, inoltre, che in aggiunta alla potenza della pompa di calore, è importante considerare la dimensione delle tubazioni. Anche le tubazioni, infatti, dovrebbero essere dimensionate correttamente per garantire un flusso ottimale di acqua e massimizzare l'efficienza del sistema.
Tubazioni di diametro errato, infatti, possono causare:
- Perdite di carico: riducono l'efficienza e la portata del fluido.
- Rumorosità: generata dal flusso turbolento del fluido.
- Erosioni e corrosioni: danneggiano le tubazioni nel tempo.
Al fine, quindi, di evitare tali problematiche è bene considerare una serie di fattori, tra cui:
- Potenza della pompa di calore: determina la portata e la temperatura del fluido.
- Tipologia di impianto: a pavimento, radiatori, fan coil.
- Lunghezza e percorso delle tubazioni: influenzano le perdite di carico.
- Materiale delle tubazioni: rame, plastica, acciaio.
- Dislivelli tra le unità interna ed esterna.
Un installatore esperto sarà in grado di consigliare il cliente ai fini di un dimensionamento appropriato e una corretta installazione delle tubature, facendo riferimento anche alle vigenti norme.
Efficienza della pompa di calore
COP della pompa di calore: perché è importante tenerlo in considerazione?
L’installazione della pompa di calore giusta e di tutti i suoi componenti determinerà il grado di efficienza di quest’ultima (COP).
Il COP (coefficiente di prestazione) indica il rapporto fra l’energia termica fornita all’ambiente da climatizzare e l’energia elettrica impiegata in entrata: più il COP è alto e più la macchina è efficiente, il che si traduce in un basso consumo.
A parità di potenza termica nominale, infatti, le pompe di calore possono avere COP differenti, che andranno a determinarne le prestazioni e la convenienza.
Considerazioni finali.
Alla luce dei diversi elementi appena esaminati, appare evidente che il dimensionamento accurato delle pompe di calore è fondamentale per garantire prestazioni ottimali e ridurre i costi operativi.
Al fine di ottenere un risultato sicuro e vantaggioso sotto il profilo dei costi e della resa - è necessario rivolgersi ad un tecnico installatore specializzato nel settore. Vaillant offre assistenza tecnica ai massimi livelli, indirizzandovi nella scelta dell'impianto di climatizzazione più adatto alle vostre esigenze.
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Pompe di calore Vaillant con diverse potenze in kW
Dalla S alla XL: tutte testate al limite in oltre 300 test.
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La pompa di calore aria-acqua aroTHERM plus è disponibile con potenze di 4, 6, 8, 12 e 15 kW e utilizza il refrigerante naturale R290.
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