In questo articolo presentiamo il secondo dei due casi in cui analizziamo due tipologie di impianto con andamento delle temperature esterne e della potenza come visto in precedenza (figg. 27-28): l'impianto a pannelli radianti con pompa di calore.
Qui sotto, invece, trovate il link al primo caso.
CASO 1 Impianto a radiatori con caldaia condensazione
Facendo riferimento alle curve climatiche di fig. 29, valutiamo quale curva ottimizzi il rendimento dell’impianto.
Prendiamo ora in considerazione un impianto a pannelli radianti con pompa di calore. In questo caso il regolatore elettronico agisce direttamente controllando la temperatura di mandata richiesta alla pompa di calore in funzione della temperatura esterna. È una tipologia impiantistica tipica di nuove abitazioni in cui vengono installati sistemi radianti a bassa temperatura (vedi fig. 34).
Anche in questo caso è interessante capire quale tipo di regolazione è meglio adottare, andando a considerare le caratteristiche di funzionamento tipiche di questi impianti.
In particolare occorre tenere conto di come la resa delle pompe di calore sia influenzata dalla temperatura di mandata, anziché da quella di ritorno come nella caldaie a condensazione.
Prestazioni delle pompe di calore
Le prestazioni delle pompe di calore sono generalmente indicate tramite il coefficiente COP (Coefficient Of Performance). Il suo valore è dato dal rapporto fra il calore ceduto al fluido caldo e l’energia richiesta sia dal compressore sia dai mezzi ausiliari integrati nella pompa di calore. Ciò significa quindi che più è elevato il valore di COP, minore sarà il dispendio energetico per generare la potenza termica richiesta.
I valori di COP dipendono principalmente dal salto termico fra la sorgente fredda (l’aria esterna nell’esempio in considerazione) e il fluido caldo: più piccolo è tale salto e maggiore è il valore di COP, cioè la resa della pompa di calore. Il grafico riportato in fig. 35 esprime come cambia il valore di COP al variare della temperatura esterna e della temperatura di mandata, per una pompa di calore aria-acqua.
Potenza termica emessa da un pannello radiante
Negli impianti a pannelli radianti, la potenza termica emessa è legata alla differenza di temperatura tra la superficie radiante e quella dell’ambiente riscaldato (vedi fig. 36 per approfondimento). Indipendentemente da come avviene lo scambio termico, che dipende da svariati fattori, occorre soffermarsi sul tipo di regolazione della temperatura ambiente adottato di solito in questa tipologia di impianti. Si tratta infatti di una regolazione di tipo ON/OFF (vedi Regolazione della temperatura ambiente) che risulta più che adeguata viste le alte inerzie di questi sistemi. Da questo punto di vista, dunque, rispetto al caso dei radiatori dotati di valvole termostatiche dove la modulazione della portata rende l’emissione costante, gli impianti a pannelli radianti si trovano a lavorare con portate costanti per la maggior parte del tempo di utilizzo, eventualmente alternando fasi di accensione e spegnimento (per approfondimenti vedi l’esempio riportato in fig. 36). Questa alternanza dipende sostanzialmente dalla temperatura di mandata e quindi dalla sua regolazione durante la stagione.
Osservazioni
È possibile stimare il funzionamento dell’impianto analizzando come cambia la resa della pompa di calore a seconda della regolazione climatica adottata, considerando, come in precedenza, il fabbisogno termico richiesto durante la stagione invernale (vedi Regolazione e risparmio energetico).
Possiamo affermare, come illustrato nei grafici di fig. 37:
1. la maggiore resa delle pompe di calore è raggiunta tramite l’utilizzo di curve climatiche caratterizzate da temperature di mandata mediamente basse, come ad esempio quella semplice (curva 1). Ciò è dovuto al fatto che, riuscendo a mantenere basse le temperature di mandata, il valore di COP della pompa di calore rimane relativamente alto durante la stagione di funzionamento, a beneficio di un ridotto consumo energetico.
2. L’utilizzo di una regolazione a punto fisso, che mantiene la temperatura di mandata alla massima temperatura di progetto, comporta le prestazioni peggiori delle pompe di calore. In un clima tipico del nord Italia come quello analizzato, la differenza di rendimento è notevole rispetto alle regolazioni climatiche.
Per contro, la regolazione che comporta il maggior rendimento della pompa di calore, essendo quella che mantiene minime le temperature di mandata, provoca anche il maggior tempo di attivazione dei circolatori. Tuttavia questo è uno svantaggio del tutto trascurabile in quanto l’energia spesa dai circolatori risulta limitata rispetto a quella assorbita dalla pompa di calore stessa. Inoltre, una circolazione costante è normalmente richiesta sia per il funzionamento della pompa di calore stessa, sia per garantire una emissione di calore più uniforme e confortevole negli ambienti.