Nel mercato degli impianti efficienti per gli usi civili è continua “battaglia” tra i sistemi di generazione di calore, la scelta tra caldaia a condensazione e pompa di calore, non è scontata e dipende spesso anche dalla professionalità dell’Impresa installatrice.

CALDAIA A CONDENSAZIONE
Le caldaie a condensazione sono in grado di conseguire sensibili aumenti del rendimento rispetto ai generatori di calore tradizionali. In esse la condensazione del vapore contenuto dai prodotti della combustione, per tramite delle superfici più ampie dello scambiatore di calore primario, oppure con il collegamento in serie ad un secondo scambiatore, che forza il raffreddamento dei prodotti di combustione fino a sotto la temperatura di rugiada dei fumi, consente di recuperare una parte del calore che viceversa si disperde con i fumi. Questa recente tecnologia recupera una parte del calore latente dal vapore acqueo e buona parte del calore sensibile dei fumi.

Come principio una caldaia a condensazione è compatibile con qualunque impianto di riscaldamento con fluido vettore acqua calda, purché le temperature di mandata e di ritorno dell’impianto vengano mantenute basse, tanto per mantenere lo stato di condensazione costante durante tutto il periodo di funzionamento e di conseguenza il maggiore rendimento del generatore, che si traduce in efficienza energetica dell’impianto.

L’impegno della caldaia a condensazione negli impianti radianti a bassa temperatura di ritorno, preferibilmente inferiore ai 40 °C, assicura una condensazione in tutto il periodo di utilizzo dell’impianto. Anche negli impianti dimensionati per funzionare con temperature più alte (Impianti esistenti a termosifoni 80-60 °C), il recupero attraverso la condensazione è da considerare vantaggioso, si ottiene per il 30÷50% del periodo di funzionamento e quindi comporta un concreto risparmio.

Inutile e inefficiente è la caldaia a condensazione, in tutti i casi dove l’impianto non è stato dimensionato correttamente o è mal gestito, oppure non è opportunamente corredato di un adeguato sistema di termoregolazione.

Per gli impianti tradizionali a termosifoni in edifici esistenti il miglioramento delle prestazioni da considerare significativo e conveniente, non può prescindere da un intervento sull’intero sistema edificio-impianto, con opere di coibentazione termica e una corretta gestione dei terminali finalizzata alla condensazione. Diventa indispensabile sostituire i sistemi di regolazione basati sugli ordinari termostati on/off, con termoregolatori a temperatura scorrevole, per permettere alla caldaia a condensazione di operare correttamente nelle circostanze di massima variabilità del fabbisogno termico.

In sintesi, le condizioni specifiche per dotare un l’impianto di un generatore a condensazione, al fine dell’efficienza energetica, sono:

• Il gruppo termico deve poter funzionare a carichi ridotti seguendo il carico termico;
• Il bruciatore deve modulare la potenza variando sia la portata di gas che quella dell’aria;
• La temperatura di ritorno dell’acqua deve essere sempre bassa in tutte le condizioni di carico;
• La superficie di scambio della caldaia deve essere tale da garantire la più bassa differenza di temperatura possibile tra i fumi in uscita dall’apparecchio e l’acqua di ritorno dell’impianto;
• La gestione dell’impianto deve essere affidata ad un sistema idoneo di termoregolazione;
• L’isolamento termico del sistema impianto-edificio deve rispettare i migliori standard.

POMPA DI CALORE
La pompa di calore è un sistema che sfrutta le caratteristiche di un ciclo termodinamico, ossia “ciclo di Carnot”, per trasferire il calore (Energia Termica) da una “sorgente” a temperatura inferiore a un utilizzatore/ambiente a temperatura superiore, cioè nel senso inverso a quanto avviene in natura, dove il calore passa spontaneamente da un ambiente/corpo con temperatura superiore a quello con temperatura inferiore. Il circuito base è composto da un compressore, due scambiatori di calore, un organo di laminazione e dalle tubazioni di collegamento. Il fluido frigorigeno compie una serie di passaggi di stato tra evaporazione e condensazione, che consentono di prelevare calore da un ambiente freddo e trasferirlo ad un altro caldo.

L’efficienza di una pompa o C.O.P (Coefficient Of Performance) è valorizzata dal rapporto tra l’energia termica rilasciata nell’ambiente/corpo caldo e l’energia elettrica spesa per il funzionamento del compressore. Questo rapporto dipende da molti parametri, tra cui i livelli termici degli scambi ed il tipo di fluido impiegato, tipicamente ha un valore compreso tra 3 e 6.

Dalla combinazione dei fluidi che scambiano calore con il refrigerante le pompe di calore si classificano nei tipi: aria/aria; aria/acqua; acqua/aria; acqua/acqua; geotermiche.

La scelta della sorgente da cui si preleva il calore a bassa temperatura è di rilevante importanza, in quanto si riflette sia sulla prestazione energetica dell’impianto che sul dimensionamento della pompa di calore. La soluzione più economica che si adatta alla maggior parte delle nostre zone climatiche, è quella che utilizza l’aria come sorgente termica esterna, ma presenta un limite per il fatto che la prestazione della pompa di calore diminuisce al diminuire della temperatura dell’aria esterna, da cui deve prelevare il calore da trasferire.

Le sorgenti termiche diverse dall’aria e meno variabili come, acque di falda, di fiume, terreno, le quali presentano caratteristiche termiche più elevate, consentono di ottenere prestazioni energetiche superiori ed una stabilità della potenza termica resa dalla macchina.
Per essere utilizzate nel riscaldamento di acqua tecnica, è necessario che la stessa non necessiti a temperatura superiore dei 50 °C, difficilmente una pompa di calore riesce riscaldare l’acqua oltre tale limite. Ma è pur vero che raramente negli usi civili sia necessario avere acqua a temperature più elevate.

CONFRONTO DELLE TECNOLOGIE
Diversi sono gli operatori del settore che hanno sviluppato il confronto tra le due soluzioni, me è necessario valutare prima di una qualunque conclusione, le necessità dell’utenza, le risorse energetiche disponibili, il periodo di esercizio e se la potenza richiesta e più o meno costante.

Infatti diversa sarà la valutazione se ad esempio l’utenza ha maggiore necessità di energia termica per il riscaldamento di acqua calda per l’uso sanitario, o ad esempio se la zona è servita o meno da una rete pubblica di distribuzione del gas.

Per valutare il concreto risparmio energetico nel paragone tra la pompa di calore con caldaie sia tradizionali che a condensazione, è necessario considerare che la pompa di calore è ordinariamente azionata da un motore elettrico, per cui è indispensabile tenere conto di quanta energia è stata realmente impiegata per produrre l’unità di energia elettrica, ovvero, il corretto confronto tecnico deve essere sviluppato in termini di energia primaria.

Attualmente il sistema nazionale è caratterizzato da un rapporto di trasformazione energia termica/energia elettrica η pari a 0,46, valore che comprende una media complessiva dell’efficienza di generazione e di distribuzione.

Considerando quindi il Rapporto di Energia Primaria, ovvero il rapporto tra l’energia termica resa disponibile e l’energia primaria utilizzata, per le pompe di calore risulta: R.E.P. = C.O.P x 0,46.
Quindi le pompe di calore per competere con le caldaie a combustione, devono avere C.O.P. costantemente superiori ai valori riportati nella tabella a seguire, che rappresenta la condizione di uguaglianza del consumo di energia primaria:

Con il miglioramento dell’efficienza energetica attraverso l’impegno di impianti per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, il “C.O.P.” equivalente delle caldaie a condensazione sicuramente risulta più modesto, superabile non solo dalle pompe di calore più impegnative come quelle geotermiche o acqua-acqua, ma anche da quelle più economiche e con efficienza variabile come quelle aria-acqua.

Rimane, chiaramente, la valutazione in riferimento al rapporto tra i costi dell’energia elettrica e del gas, qualora la prima è prelevata interamente dalla rete. Infatti, pur essendo la pompa di calore più vantaggiosa sotto l’aspetto energetico, in quanto in grado di ridurre sensibilmente il fabbisogno di energia primaria e quindi l’indice di prestazione dell’edificio, il confronto economico con la caldaia a condensazione, non è a tutt’oggi altrettanto vantaggioso quando non si ricorre all’ausilio della FER elettrica, a causa del rapporto tra i costi dell’energia elettrica e del gas.

Quest’ultima condizione può cambiare se si considerano i sistemi incentivanti vigenti e la tariffa agevolata D1 per l’energia elettrica, applicabile a chi utilizza la pompa di calore come unico sistema di riscaldamento in sostituzione della vecchia caldaia.

Tutte le considerazioni, comunque sono valide, considerando che l’impianto utilizzi un sistema a bassa temperatura per il riscaldamento, una temperatura di ritorno non superiore ai 45 °C, permette l’ottimizzazione in termini di efficienza con ambedue le tecnologie messe a confronto.

A cura di Salvatore Puglia – Direzione CNA SI