Pompa di calore su edifici esistenti: temperatura, COP e dimensionamento

La sostituzione di una caldaia con una pompa di calore in un edificio esistente non può essere valutata soltanto sulla temperatura massima di mandata dichiarata. Dimensionamento, curva climatica, terminali presenti, COP alle reali condizioni di esercizio, potenza elettrica disponibile, acustica e integrazione con fotovoltaico diventano determinanti. A partire dalle caratteristiche della nuova Viessmann Vitocal 200-A ie e dalle indicazioni tecniche del Ing. Finarelli, Product Manager Italia Pompe di Calore residenziali di Viessmann analizziamo alcuni dei principali criteri che il progettista deve considerare nelle riqualificazioni. Pompa di calore con radiatori esistenti: come scegliere temperatura di mandata, COP e potenza La progressiva diffusione delle pompe di calore negli interventi di riqualificazione sta spostando il problema progettuale. Non si tratta più soltanto di capire se una pompa di calore possa funzionare in un edificio nato per essere riscaldato con una caldaia, ma di determinare a quali temperature dovrà lavorare realmente, con quale efficienza stagionale e con quali modifiche all'impianto esistente. È un passaggio particolarmente importante nel patrimonio edilizio italiano, dove sono molto diffusi sistemi con radiatori dimensionati originariamente per temperature dell'acqua elevate. Le nuove generazioni di pompe di calore aria-acqua stanno progressivamente ampliando il campo di applicazione. Alcune macchine sono oggi in grado di raggiungere temperature di mandata dell'ordine dei 70-75 °C, ma questo dato, preso isolatamente, non è sufficiente per stabilire la convenienza tecnica ed economica dell'intervento. Il problema fondamentale rimane un altro: a quale temperatura di mandata lavorerà la pompa di calore per la maggior parte della stagione di riscaldamento? È proprio su questo punto che progettazione dell'impianto, involucro edilizio e regolazione devono essere analizzati insieme. POTREBBE INTERESSARTI ANCHE: Pompe di calore negli edifici esistenti: come dimensionarle e farle funzionare davvero bene Pompa di calore e radiatori esistenti: il vero parametro è la temperatura di lavoro Uno degli ostacoli più frequentemente associati alla sostituzione della caldaia è la presenza di radiatori. I sistemi tradizionali sono stati spesso progettati considerando temperature dell'acqua elevate, tipicamente associate al funzionamento delle caldaie. Ciò non significa però che il radiatore debba necessariamente funzionare a quelle condizioni durante tutta la stagione. La potenza effettivamente richiesta dall'edificio varia infatti con la temperatura esterna. Ne consegue che la temperatura massima dell'acqua rappresenta una condizione estrema di progetto, mentre per molte ore della stagione termica l'impianto può funzionare con temperature sensibilmente inferiori. Riducendo progressivamente la temperatura di mandata quando diminuisce il fabbisogno dell'edificio è possibile aumentare il rendimento della pompa di calore mantenendo contemporaneamente il comfort interno. Nel caso della Vitocal 200-A ie, Viessmann dichiara una temperatura massima di mandata di 75 °C. Il prodotto è indicato sia per impianti radianti sia per impianti con radiatori esistenti. Secondo quanto spiegato dal Dott. Finarelli, tuttavia, il ciclo frigorifero della macchina è stato ottimizzato soprattutto per lavorare nell'intorno dei 55 °C, condizione ritenuta maggiormente rappresentativa delle applicazioni italiane in riqualificazione. È una distinzione progettualmente rilevante. Poter raggiungere 75 °C non significa progettare l'impianto affinché lavori stabilmente a 75 °C. Il valore massimo può essere utile per coprire condizioni particolarmente gravose, mentre l'obiettivo dovrebbe essere ridurre quanto più possibile la temperatura media stagionale di funzionamento. Prima di sostituire la caldaia occorre verificare quanto possono realmente lavorare 'bassi' i radiatori La verifica dovrebbe partire dal carico termico effettivo dell'edificio e dalla potenza resa dai terminali alle diverse temperature di alimentazione. Un radiatore progettato molti anni fa può infatti essere sovradimensionato rispetto al fabbisogno attuale, soprattutto quando nel frattempo sono stati realizzati interventi sull'involucro come: sostituzione dei serramenti; isolamento della copertura; coibentazione delle pareti; riduzione delle infiltrazioni; interventi localizzati sulle dispersioni. In questi casi il sistema potrebbe garantire il comfort anche con temperature dell'acqua inferiori rispetto a quelle utilizzate originariamente. Per il progettista diventa quindi utile verificare la potenza emessa dai terminali alle diverse condizioni di temperatura. L'obiettivo non dovrebbe essere semplicemente chiedersi: 'La pompa di calore arriva a 70 °C?' ma piuttosto: 'A quale temperatura minima posso far funzionare questo impianto mantenendo il comfort nelle condizioni di progetto?' La risposta a questa seconda domanda determina in larga misura le prestazioni energetiche reali del sistema. COP e alte temperature: perché il dato nominale non basta Il rendimento di una pompa di calore varia continuamente in funzione delle condizioni operative. In termini semplificati, più aumenta la differenza tra la temperatura della sorgente esterna e quella richiesta dall'impianto, maggiore è il lavoro richiesto al compressore. COP (Coefficient of Performance) che cos'è? Il COP (Coefficient of Performance) misura l'efficienza di una pompa di calore in riscaldamento. Indica il rapporto tra il calore prodotto e l'energia elettrica consumata. Un COP pari a 4 significa, ad esempio, 4 kWh di calore forniti con 1 kWh di elettricità. Il valore varia in funzione della temperatura esterna e della temperatura di mandata. Per questo va sempre letto insieme alle condizioni di prova, ad esempio A7/W35. Per questo motivo il funzionamento con acqua a 35 °C è generalmente più favorevole rispetto al funzionamento a 55 o 65 °C. La possibilità di produrre acqua a temperature elevate deve quindi essere distinta dall'efficienza con cui tale temperatura viene raggiunta. Finarelli riporta per la Vitocal 200-A ie un COP pari a circa 2,2 nella condizione A-7/W55, cioè con temperatura dell'aria esterna pari a -7 °C e temperatura dell'acqua pari a 55 °C. Secondo il confronto economico proposto nell'intervista, considerando i prezzi medi dell'energia di luglio 2026, un COP dell'ordine di 2,2 rappresenterebbe indicativamente il punto di pareggio tra il costo di esercizio di una pompa di calore e quello di una caldaia a condensazione. Il dato è interessante, ma per la progettazione va interpretato correttamente. Il COP di pareggio economico non è una costante fisica: varia in funzione del prezzo dell'energia elettrica, del combustibile sostituito, delle tariffe, dei rendimenti reali del generatore esistente e delle condizioni di funzionamento. Allo stesso modo, un COP riferito a un singolo punto di prova non rappresenta l'efficienza annuale dell'impianto. Per una valutazione energetica corretta occorre considerare il comportamento della macchina durante l'intera stagione. Non basta il COP: nella progettazione conta l'efficienza stagionale Durante l'anno cambiano continuamente: temperatura esterna; temperatura di mandata; carico dell'edificio; regime del compressore; frequenza degli sbrinamenti; richiesta di acqua calda sanitaria; funzionamento a carico parziale. Per questo motivo il progettista dovrebbe ragionare soprattutto in termini di prestazione stagionale, valutando il comportamento del sistema nelle reali condizioni climatiche e impiantistiche. Vitocal 200-A ie è dichiarata in classe energetica fino ad A+++ e disponibile con potenze comprese tra 6 e 12 kW. Il dato di classe energetica rappresenta però soltanto uno degli elementi da considerare. Una macchina efficiente può infatti essere penalizzata da: sovradimensionamento; temperature di mandata troppo elevate; regolazione non corretta; frequenti cicli di accensione e spegnimento; schema idraulico non adeguato; utilizzo eccessivo della resistenza elettrica integrativa. La qualità della progettazione rimane quindi determinante tanto quanto quella del generatore. Dimensionare la pompa di calore: evitare la logica 'sostituisco i kW della caldaia' Uno degli errori più comuni nelle riqualificazioni consiste nell'assumere che una caldaia da 24 kW debba essere sostituita da una pompa di calore della stessa potenza. La potenza nominale della caldaia installata non coincide necessariamente con il fabbisogno termico dell'edificio. Le caldaie sono spesso sovradimensionate anche perché devono garantire la produzione istantanea di acqua calda sanitaria. La pompa di calore dovrebbe invece essere dimensionata sulla base del carico termico di progetto dell'edificio e delle condizioni climatiche della località. Nel caso della Vitocal 200-A ie, la gamma comprende unità da 6 a 12 kW, mentre è prevista anche la possibilità di collegare più macchine in cascata. La documentazione indica la combinazione fino a quattro unità controllate da un unico sistema. La modularità può risultare interessante soprattutto quando il carico dell'edificio supera quello tipico dell'abitazione unifamiliare o presenta una forte variabilità. Pompa di calore ad alta temperatura: quando può evitare la sostituzione dei radiatori La possibilità di raggiungere temperature di mandata elevate amplia il campo di applicazione negli edifici esistenti. Viessmann dichiara per Vitocal 200-A ie temperature fino a 75 °C e può raggiungere 70 °C anche con temperatura esterna di -10 °C. La disponibilità di queste temperature può evitare, in determinate condizioni, la sostituzione generalizzata dei terminali. Ma dal punto di vista progettuale dovrebbe essere considerata soprattutto come una riserva prestazionale. Se attraverso il calcolo o mediante prove sull'impianto si verifica che l'edificio può mantenere le condizioni interne richieste con mandata a 50-55 °C per gran parte della stagione, il vantaggio energetico sarà sensibilmente maggiore rispetto a un sistema obbligato a lavorare costantemente sopra i 60 °C. Una strategia interessante nelle riqualificazioni può quindi essere quella di intervenire soltanto sui terminali maggiormente penalizzanti. In alcuni ambienti può essere sufficiente: aumentare la superficie radiante; installare radiatori maggiorati; utilizzare terminali a bassa temperatura; ridurre il fabbisogno attraverso interventi locali sull'involucro. Abbassare anche di alcuni gradi la temperatura richiesta all'acqua può produrre benefici durante migliaia di ore di funzionamento. R290: perché il propano sta diventando centrale nelle pompe di calore Un altro tema destinato a incidere sempre maggiormente sulle scelte progettuali riguarda il refrigerante. La progressiva riduzione dell'impiego dei gas fluorurati sta favorendo l'utilizzo di refrigeranti con basso Global Warming Potential (GWP). Vitocal 200-A ie utilizza R290, cioè propano, con un GWP dichiarato nel materiale tecnico pari a 0,02. Dal punto di vista termodinamico il propano presenta caratteristiche favorevoli per applicazioni che richiedono temperature elevate dell'acqua. La contropartita è la sua infiammabilità, che impone specifiche misure progettuali e costruttive. Nella Vitocal 200-A ie la quantità di refrigerante è stata limitata a circa 1 kg e sono state sviluppate soluzioni specifiche per ridurre i vincoli installativi. Per il progettista la questione non riguarda quindi soltanto il valore di GWP, ma anche: posizione dell'unità esterna; distanze e zone di rispetto previste dal costruttore; presenza di aperture, cavedi o pozzetti; ventilazione dell'area; accessibilità per la manutenzione. L'adozione di refrigeranti naturali rende pertanto ancora più importante verificare puntualmente le prescrizioni contenute nella documentazione tecnica della macchina. Il problema acustico va affrontato già nel progetto Nelle pompe di calore aria-acqua l'acustica non dovrebbe essere considerata un problema da affrontare soltanto dopo l'installazione. Il rumore dell'unità esterna dipende da diversi componenti: ventilatore, compressore, circuito frigorifero e vibrazioni trasmesse alla struttura. Nel caso della Vitocal 200-A ie il costruttore dichiara l'impiego di un Advanced Acoustic Design e una regolazione della velocità del ventilatore finalizzata a ridurre l'emissione sonora anche a carico parziale. Il vano compressore è insonorizzato e la circuiteria frigorifera e idraulica sono disaccoppiate dall'involucro mediante elementi antivibranti. La macchina consente inoltre l'impostazione di fasce orarie a rumorosità ridotta. Per il tecnico, tuttavia, la prestazione acustica dichiarata dal produttore rappresenta solo il punto di partenza. Occorre valutare anche: distanza dai ricettori; posizione rispetto alle finestre; presenza di pareti riflettenti; installazione in corti o cavedi; distanza dai confini; eventuale funzionamento notturno; vibrazioni trasmesse alle strutture. Una pompa di calore particolarmente silenziosa può comunque diventare critica se installata nel punto sbagliato. Monoblocco e circuito idraulico integrato: cosa cambia nell'installazione Vitocal 200-A ie è una pompa di calore aria-acqua monoblocco per riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria. In una macchina monoblocco il circuito frigorifero è confinato nell'unità esterna e il collegamento verso l'edificio avviene attraverso il circuito idraulico. Nel concept della nuova macchina Viessmann, pompa di circolazione e resistenza elettrica sono integrate nell'unità esterna, con l'obiettivo di ridurre l'ingombro dei componenti interni. Questo semplifica alcuni aspetti installativi, ma richiede particolare attenzione alla progettazione delle tubazioni esterne. Quando il circuito idraulico attraversa zone soggette a basse temperature diventano infatti importanti: isolamento delle tubazioni; protezione antigelo; riduzione delle dispersioni; corretta gestione delle condizioni di fermo macchina. Sono aspetti apparentemente secondari che possono incidere sia sulla sicurezza dell'impianto sia sulle prestazioni stagionali. >> SCARICA LA BROCHURE Accumulo, ACS e schema idraulico: il generatore è solo una parte del sistema La documentazione della Vitocal 200-A ie prevede diverse configurazioni dell'unità interna, dal semplice controller fino a moduli idronici dotati anche di accumulo sanitario integrato da 190 litri. La produzione di acqua calda sanitaria merita una valutazione specifica. Richiede infatti temperature generalmente più elevate rispetto al riscaldamento degli ambienti e può incidere significativamente sul rendimento annuale della pompa di calore. Il dimensionamento dell'accumulo dovrebbe quindi tenere conto di: numero degli occupanti; profilo di prelievo; temperatura di accumulo; potenza disponibile della pompa di calore; tempi di ripristino; eventuale ciclo antilegionella; presenza di fotovoltaico. Un accumulo adeguatamente dimensionato può inoltre diventare una forma semplice di accumulo termico, permettendo di spostare parte dei consumi elettrici nelle ore energeticamente o economicamente più favorevoli. Fotovoltaico e pompa di calore: non basta avere due impianti nello stesso edificio Una delle evoluzioni più interessanti riguarda l'integrazione tra generazione termica e sistema elettrico dell'edificio. La piattaforma Viessmann One Base Intelligence permette di collegare la pompa di calore a fotovoltaico, accumulo elettrico e wallbox e prevede anche l'integrazione con dispositivi e impianti esistenti. Dal punto di vista progettuale il principio è importante. L'obiettivo non è semplicemente produrre energia elettrica con il fotovoltaico e contemporaneamente utilizzare una pompa di calore. È necessario cercare di aumentare la contemporaneità tra produzione e consumo. Quando è disponibile un surplus fotovoltaico, ad esempio, il sistema può anticipare alcuni consumi: incremento temporaneo del set-point dell'accumulo sanitario; produzione anticipata di acqua calda; accumulo termico nell'edificio; ricarica della batteria; ricarica del veicolo elettrico. In questo modo una parte dell'energia prodotta localmente viene trasformata in calore anziché essere immessa in rete. La casa come accumulo termico: perché il controllo diventa parte della progettazione One Base Intelligence è un sistema in grado di coordinare impianto, utente e disponibilità elettrica. Il concetto diventa particolarmente interessante quando si considera l'inerzia termica dell'edificio. Un'abitazione non deve necessariamente essere riscaldata esattamente nell'istante in cui si produce il calore. Entro determinati limiti di comfort, il sistema può anticipare o posticipare il funzionamento. Ad esempio, in presenza di produzione fotovoltaica abbondante può risultare conveniente aumentare temporaneamente la temperatura dell'edificio o dell'accumulo, riducendo successivamente l'assorbimento dalla rete. La documentazione Viessmann indica che il sistema di Energy Management può monitorare produzione e consumi, apprendere le abitudini degli utenti e utilizzare anche previsioni meteorologiche per ottimizzare i flussi energetici. Il controllo predittivo diventa così una nuova variabile progettuale. Non si gestisce più soltanto una temperatura, ma il momento nel quale conviene produrre energia termica. Tariffe dinamiche: la pompa di calore può spostare i consumi nelle ore meno costose Lo stesso principio assume ulteriore rilevanza con le tariffe elettriche dinamiche. Secondo quanto illustrato da Finarelli, il sistema è concepito per poter ricevere informazioni sul prezzo dell'energia previsto nelle ore successive e confrontarle con le esigenze di comfort dell'abitazione. Quando esiste sufficiente flessibilità termica, parte del funzionamento può essere anticipata o posticipata. È il principio del load shifting. Invece di chiedere alla rete la massima potenza negli stessi momenti in cui aumenta la domanda complessiva, alcuni carichi possono essere spostati verso periodi caratterizzati da maggiore disponibilità energetica o prezzi inferiori. Su larga scala questo meccanismo contribuisce anche al cosiddetto peak shaving, cioè alla riduzione dei picchi della domanda elettrica. Per il progettista significa cominciare a considerare la pompa di calore non più come semplice generatore, ma come carico elettrico flessibile inserito nel sistema energetico dell'edificio. Potenza elettrica disponibile: una verifica indispensabile nelle riqualificazioni L'elettrificazione del riscaldamento introduce un'altra verifica spesso trascurata: quella della potenza elettrica disponibile. Pompa di calore, piano a induzione, wallbox, accumulo e altri carichi possono determinare contemporaneamente richieste elevate. Nel materiale Viessmann viene indicata esplicitamente la possibilità di una gestione puntuale degli assorbimenti elettrici. Finarelli spiega inoltre che il sistema può limitare la potenza assorbita quando sono attive logiche di selezione dei carichi. È un aspetto destinato ad assumere crescente importanza. Il dimensionamento di una riqualificazione elettrificata dovrebbe quindi comprendere anche: potenza contrattuale disponibile; contemporaneità dei carichi; eventuale resistenza elettrica integrativa; ricarica del veicolo; sistemi di accumulo; strategie di power management. Progettare una pompa di calore nell'esistente: le verifiche da non saltare Il passaggio dalla caldaia alla pompa di calore non dovrebbe quindi essere affrontato come una semplice sostituzione del generatore. Prima della scelta della macchina è utile ricostruire almeno cinque elementi fondamentali. Carico termico dell'edificio Occorre determinare la potenza realmente necessaria nelle condizioni di progetto, evitando di utilizzare come riferimento la potenza della caldaia esistente. Occorre determinare la potenza realmente necessaria nelle condizioni di progetto, evitando di utilizzare come riferimento la potenza della caldaia esistente. Prestazione dei terminali Va verificata la potenza dei radiatori alle diverse temperature di mandata per individuare la temperatura minima compatibile con il comfort. Va verificata la potenza dei radiatori alle diverse temperature di mandata per individuare la temperatura minima compatibile con il comfort. Profilo stagionale di funzionamento Non basta verificare la condizione più sfavorevole: occorre valutare a quali temperature la macchina lavorerà per la maggior parte delle ore annuali. Non basta verificare la condizione più sfavorevole: occorre valutare a quali temperature la macchina lavorerà per la maggior parte delle ore annuali. Sistema elettrico Disponibilità di potenza, fotovoltaico, accumulo e altri carichi elettrici devono essere valutati insieme. Disponibilità di potenza, fotovoltaico, accumulo e altri carichi elettrici devono essere valutati insieme. Installazione esterna Acustica, distanze, sicurezza legata al refrigerante, manutenzione e protezione del circuito idraulico devono entrare nel progetto fin dalle prime fasi. La temperatura massima non è il parametro decisivo Le pompe di calore capaci di raggiungere temperature dell'acqua nell'ordine dei 70-75 °C ampliano significativamente le possibilità di elettrificazione del patrimonio edilizio esistente. Ma la disponibilità di una temperatura elevata non elimina la necessità della progettazione. Al contrario, rende ancora più importante capire quando quella temperatura sarà realmente necessaria. Nel caso esaminato, Vitocal 200-A ie abbina una temperatura massima dichiarata di 75 °C a potenze comprese tra 6 e 12 kW, refrigerante naturale R290, funzionamento reversibile, possibilità di installazione in cascata e una piattaforma di gestione energetica predisposta per integrare fotovoltaico, accumulo e altri dispositivi. Ma il punto più interessante per il progettista va oltre il singolo prodotto. La nuova generazione di pompe di calore mostra come il progetto impiantistico stia progressivamente passando dal dimensionamento del generatore alla gestione dell'intero sistema energetico dell'edificio. Involucro, terminali, produzione termica, fotovoltaico, accumulo, potenza elettrica e algoritmi di controllo diventano parti dello stesso problema. Ed è soprattutto dalla qualità di questa integrazione — più che dalla sola temperatura massima indicata nella scheda tecnica — che dipenderanno consumi, comfort e convenienza reale dell'intervento. SCARICA LA BROCHURE DI VITOCAL 200-A ie FAQ TECNICHE: Pompa di calore con radiatori: temperatura, COP e dimensionamento 1. Una pompa di calore può funzionare con i radiatori esistenti? Sì, purché la potenza resa dai radiatori alle temperature effettivamente disponibili sia sufficiente a coprire il carico termico dell'edificio. Non è quindi corretto stabilire la compatibilità soltanto verificando che la macchina possa raggiungere 70-75 °C. Occorre determinare la temperatura minima di mandata che consente di mantenere il comfort nelle condizioni di progetto. 2. Quando è utile una pompa di calore ad alta temperatura? È particolarmente utile negli edifici esistenti nei quali i terminali richiedono temperature superiori a quelle tipiche degli impianti radianti. La capacità di raggiungere 70-75 °C costituisce soprattutto una riserva prestazionale per le condizioni più gravose. Se l'impianto può lavorare a 50-55 °C per buona parte della stagione, l'efficienza può risultare sensibilmente più favorevole. 3. Quali norme sono importanti per dimensionare una pompa di calore? Per il carico termico di progetto si è utilizzata storicamente la UNI EN 12831-1:2018, che però porta spesso ad un sovradimensionamento del generatore, controproducente ai fini dell'efficienza globale di sistema. Pertanto, per le pompe di calore, meglio utilizzare i metodi di calcolo come il "calcolo dinamico orario" (norma UNI EN 52 016) o la "firma energetica". Per le prestazioni delle pompe di calore sono rilevanti la serie UNI EN 14511 e la UNI EN 14825:2022, quest'ultima riferita anche alle prestazioni stagionali e al funzionamento a carico parziale. 4. Perché il COP dichiarato non basta per valutare i consumi? Il COP identifica la prestazione della macchina in una determinata condizione di prova. Un valore A-7/W55, per esempio, si riferisce a -7 °C dell'aria esterna e 55 °C dell'acqua. Durante la stagione cambiano temperatura esterna, carico, mandata, sbrinamenti e funzionamento a carico parziale: per questo devono essere considerate anche le prestazioni stagionali. 5. Come si dimensiona correttamente la pompa di calore in sostituzione della caldaia? Non va utilizzata automaticamente la potenza nominale della caldaia esistente. Deve essere calcolato il carico termico di progetto dell'edificio, verificando contemporaneamente la potenza resa dai terminali alle diverse temperature. Metodi di calcolo moderni come il Calcolo dinamico orario o firma energetica consentono un dimensionamento accurato per la selezione della taglia corretta della pompa di calore. 6. Quali controlli richiede una pompa di calore con refrigerante R290? L'R290 è propano e presenta caratteristiche di infiammabilità che rendono essenziale il rispetto delle prescrizioni del costruttore relative a collocazione, aperture, cavedi, pozzetti e manutenzione. La serie UNI EN 378 disciplina requisiti di sicurezza e ambientali dei sistemi frigoriferi, comprendendo esplicitamente le pompe di calore. Le distanze specifiche della singola macchina devono essere verificate nella documentazione del produttore.