Dimensionamento pompa di calore: vediamo un esempio pratico

Esistono inoltre altri 3 metodi, decisamente approssimativi, che permettono di fare una valutazione preliminare e che si basano su:

1. Radiatori (o ventilconvettori) attualmente presenti
2. Consumi energetici
3. Volume riscaldato

Questi metodi verranno trattati in un prossimo articolo.

Dimensionamento basato sulle dispersioni termiche

Come calcolare le dispersioni termiche ?

La dispersione termica dipende da 3 fattori:

1. S : Superficie della parte disperdente
2. ΔT : Salto termico (ad esempio 20 °C in casa e – 5 °C all’esterno della casa)
3. U : Trasmittanza termica (W/m2 °C)

Esempio

1. Parete di 1 m2
2. Salto termico di 25 °C
3. Trasmittanza termica: 1,20 W/m2 °C

In questo caso la potenza necessaria per sopperire alle dispersioni sarà uguale a:

Q = S x ΔT x U = 1 x 25 x 1,20 = 30 Watt

Ora vediamo applicato questo calcolo ad un esempio, anche in questo caso molto semplificato, di una casa. La casa, con pianta di forma quadrata, ha queste caratteristiche:

1. Edificio ad 1 piano
2. Lato sud/nord: 10 m (altezza: 3 m)
3. Lato est/ovest: 10 m (altezza: 3 m)
4. Sottotetto non isolato
5. Pavimento controterra
6. 1 porta di ingresso: 1,50 m x 2,40 m = 3,60 m2
7. 2 porte finestre (ciascuna 1,60 m x 2,40 m quindi superficie totale = 7,68 m2)
8. 6 finestre (ciascuna 1,35 m x 1,50 m quindi superficie totale = 12 m2)

Le superfici disperdenti risultano quindi:

1. Superficie totale (pareti verticali + infissi) = 10 x 10 x 10 x 10 x 3 = 120 m2
2. Superficie infissi = 23,43 m2 (in questo esempio consideriamo porta di ingresso con stessa trasmittanza degl infissi)
3. Superfici opache (totale – infissi) = 96,57 m2
4. Superficie sottotetto: 10 x 10 = 100 m2
5. Superficie pavimento controterra = 10 x 10 = 100 m2

Ora si tratta di stabilire la trasmittanza delle pareti verticali, pareti orizzontali ed infissi.

Ovviamente questi dati dipendono da:

1. Stratigrafia delle pareti quindi da come è composta la parete (muro pieno o con intercapedine, spessore intercapedine, ecc.)
2. Struttura degli infissi (doppio/triplo vetro, materiale della struttura, ecc.)

Trasmittanza delle pareti verticali

In questo esempio (definito utilizzando lo strumento disponibile sul sito di Paesenergia) possiamo vedere che una parete composta da mattoni forati (spessore 12 cm) ed un’intercapedine di 16,5 cm ha una trasmittanza di 0,98 W/m2 °C

Per questo esempio assumiamo questi valori di trasmittanza:

1. Pareti verticali: 0,98 W/m2 °C (come da calcolo effettuato su sito di Paesenergia)
2. Sottotetto: 1,30 W/m2 °C
3. Pavimento controterra: 0,60 W/m2 °C
4. Infissi: 2,50 W/m2 °C

Il dato che resta da stabilire è il salto termico (ΔT) cioè la differenza di temperatura fra la zona riscaldata (temperatura standard: 20 °C) e la zona non riscaldata (ad esempio il sottotetto) o l’esterno.

Per questo calcolo si assumono questi valori di temperatura:

1. Temperatura esterna: -5 °C (*)
2. Temperatura sottotetto: 15 °C
3. Temperatura sottostante al pavimento: 5 °C

(*) -5 °C è la temperatura di progetto che si usa per essere certi che il generatore possa fornire la giusta potenza anche in queste condizioni. La temperatura di progetto varia da comune a comune.

Il salto termico fra zona riscaldata e zona non riscaldata o esterno risulta quindi:

1. Temperatura esterna: 25 °C
2. Temperatura sottotetto: 5 °C
3. Temperatura sottostante al pavimento: 15 °C

Sulla base di questi dati le dispersioni termiche sono le seguenti:

Zona disperdente	Superficie (m2)	Temp esterna (°C)	Trasmittanza	Dispersione (W)
Superfici verticali opache	96,57	-5	0,98	2.365,97
Superfici verticali trasparenti	23,43	-5	2,50	1.464.38
Solaio verso sottottetto	100,00	15	1,30	650,00
Solaio controterra	100,00	5	0,60	900,00
Totale dispersioni				5.380,34

Dispersioni dei ponti termici e per ventilazione

Note:

1. 0,5 V/h indica il ricambio in un’ora, nell’esempio è previsto il ricambio di metà del volume d’aria in un’ora
2. 0,34: calore specifico dell’aria

Le dispersioni per ventilazione sono quindi: 300 x 0,5 x 0,34 x 25 = 1.275 W

Totale delle dispersioni

Il totale delle dispersioni quindi è:

Dispersione superfici opache/trasparenti	5.380,34 W
Dispersione ponti termici	807,05 W
Dispersione per ventilazione	1.275,00 W
Dispersione totale	7.462,39 W

Questo è il valore di dispersioni termiche che corrisponde alla potenza che dovrà avere il generatore.

Manca ancora un ultimo passaggio: la potenza calcolata è quella che deve essere fornita al sistema di emissione (ad esempio i radiatori) ma occorre tenere conto di:

1. Coefficiente di rendimento del sistema di emissione (radiatori)
2. Coefficiente di rendimento del sistema di (tubature)
3. Coefficiente di rendimento del sistema di generazione (caldaia, pompa di calore).

Considerando che ciascun sistema abbia coefficiente di rendimento pari al 95% possiamo calcolare un coefficiente di rendimento complessivo dell’impianti che sarà: 0,95 x 0,95 x 0,95 = 0,86

Dispersione superfici opache/trasparenti	5.380,34 W
Dispersione ponti termici	807,05 W
Dispersione per ventilazione	1.275,00 W
Dispersione totale	7.462,39 W
Coefficiente di rendimento complessivo	0,86
Potenza centrale termica	8.677,20 W

Questa quindi è la potenza che deve essere fornita dalla centrale termica. Nel nostro caso dovremo quindi installare una pompa di calore da 10 kW.

Ovviamente questa potenza è relativa a dispersioni di una casa dove non abbiamo previsto né un intervento di isolamento termico né la sostituzione degli infissi. Se effettuamo un intervento di isolamento e/o sostituiamo gli infissi si ridurranno le dispersioni e, di conseguenza, la potenza necessaria del generatore.

Se prevediamo di isolare le pareti verticali e il sottotetto (non il solaio controterra) e di sostituire gli infissi le dispersioni varieranno in questo modo

Zona disperdente	trasmittanza ante	trasmittanza post
Superfici verticali opache	0,98	0,23 (*)
Superfici verticali trasparenti	3,15	1,30 (*)
Solaio verso sottottetto	1,30	0,20 (*)
Solaio controterra	0,60	0,60

(*) valore limite di dispersione termica previsto dalla norma per la zona climatica E.

Di conseguenza le dispersioni termiche si ridurranno per avere questi valori:

Dispersione superfici opache/trasparenti	2.316,75 W
Dispersione ponti termici	347,51 W
Dispersione per ventilazione	1.275,00 W
Dispersione totale	3.939,27 W
Coefficiente di rendimento complessivo	0,86
Potenza centrale termica	4.580,54 W

In tal caso sara sufficiente installare una pompa di calore da 5 kW.

Come detto in precedenza, questo esempio di dimensionamento di una pompa di calore comprende necessariamente delle semplificazioni.

Ad esempio, le pareti verticali non disperdono tutte allo stesso modo ma le dispersioni possono variare (anche se di poco) sulla base dell’esposizione (sud, nord, est, ovest) della parete.

Nell’esempio che abbiamo visto il fattore di esposizione è sempre 1 ma nel calcolo corretto viene utilizzato un coefficiente di esposizione che è il seguente:

Quindi se una parete esposta a Sud disperde 1.000 W, una parete identica (per superficie e stratigrafia) ma esposta a Nord disperderà 1.200 W

Ora che abbiamo visto come effettuare il dimensionamento di una pompa di calore possiamo considerare quali sono i suoi consumi elettrici.

Se si pensa ad una pompa di calore ovviamente occorre tenere in considerazione il COP (coefficiente di prestazione) dato che, come sappiamo, per produrre 1 kWh di energia termica una pompa di calore, in condizioni ideali, può avere un COP = 4 (questo dato può diminuire o aumentare a seconda della temperatura esterna e la temperatura di mandata.

Se ipotizziamo di installare la pompa di calore nella casa (dove non si fa nessun intervento di isolamento termico o di sostituzione di infissi) con un COP = 4 il consumo della pompa di calore sarà: 8.677,20 W / 4 = 2.169,30 W

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