Sganawa's Club / Archive2.0

Lo dico subito: in questa parte trovere una serie di informazioni tecnicamente non alla portata di tutti. Comunque provate a leggere e, se proprio non riuscite a capirci nulla, potete sempre saltare oltre. Se invece siete curiosi di sapere che cosa state acquistando, ma siete confusi dalle sigle misteriose che appaiono nelle caratteristiche tecniche, questo è il posto giusto per voi.

Un consiglio: quando vi fate fare un preventivo per un impianto, fatevi sempre specificare marca e modello dell'apparecchio proposto dall'installatore. Fatevi anche dare TUTTE le caratteristiche tecniche, per capire se state aquistando un prodotto adatto a voi. Insistete, se necessario. Vi servirà anche in futuro, quando si tratterà di modificare o sostituire l'impianto.

Le unità di misura

Un mio amico, quando voleva indicare un dato in modo che non si capisse se fosse poco o tanto, diceva che era misurato in "Fulton al mese". Ecco, per la misurazione delle prestazioni delle pompe di calore sono state create unità di misura che ricordano molto i "Fulton al mese"; ma chi ha le opportune informazioni ed una buona calcolatrice può sempre tirarsi fuori dall'impasse. Tanto per cominciare specifichiamo meglio le differenze tra lavoro, potenza e calore. Il lavoro è, intuitivamente, quanto è compiuto da qualcosa, indipendentemente dal tempo che ci è voluto per compierlo. La potenza è la capacità di compiere lavoro per unità di tempo: un motore di potenza doppia rispetto ad un'altro ha la capacità di compiere il doppio del lavoro nello stesso tempo, oppure lo stesso lavoro in metà tempo. Quando facciamo un contratto elettrico, stabiliamo la potenza massima che potremo prelevare dalla rete elettrica, indipendentemente dalla quantità di energia che consumeremo in realtà. La bolletta elettrica che paghiamo dipende sia dalla potenza massima - in misura fissa -, sia dalla quantità di energia (misurata al contatore) che abbiamo consumato. Il calore, in effetti, come già ricordato non è altro che lavoro; possiamo trasformare attraverso delle macchine calore in lavoro e viceversa (con certi limiti). Il calore, quindi, è un'altra forma di energia. La capacità di fornire calore per unità di tempo, di nuovo, non è altro che una misura di potenza.

Ecco un esempio delle unità di misura impiegate; perdonate la puntigliosità di certe distinzioni, ma è colpa della mia formazione.

• Il Joule (J) è l'unità base dell'energia nel nostro sistema metrico internazionale.
• Il Watt (W) è l'unità di misura della potenza nel sistema internazionale, con i sui multipli e sottomultipli (es. chilowatt (kW) = 1000 W); è pari ad un Joule al secondo (J/s); dovrebbe essere l'unica unità di misura di potenza usata in Europa. Magari.
• Il chilowattora (kWh) che, contrariamente a quanto molti pensano, è una misura di energia o lavoro (non di potenza), è pari a 1000 Watt * 3600 secondi (un'ora) ovvero, come intuibile, a 3,6 milioni di Joule.
• La caloria (cal.), è un'unità di misura di calore. Come già ricordato sopra, il fisico Joule ha dimostrato con la sua celebre esperienza che lavoro e calore sono la stessa cosa, stabilendo anche che una caloria è equivalente a 4,18 J. In genere la capacità di una caldaia o di un generico sistema di riscaldamento si esprime in Kcal/h, ovvero con una potenza; a volte si trova espressa direttamente in chilowatt, soprattutto per le piastre radianti elettriche (una piastra che consuma 1 kW di elettricità fornisce per definizione 1 kW di calore).
• La BTU (British Thermal Unit) è un'altra unità di misura del calore, come la caloria; un kWh equivale a 3413 BTU; comodo è il fatto che 4 BTU equivalgono ad 1 kcaloria. La capacità di quasi tutti i condizionatori e pompe di calore è indicata in BTU.
• Il Ton è un'antica unità di misura di potenza anglosassone; ancora si trova qualche condizionatore con capacità espressa in questa unità. 1 Ton equivale a 12.000 BTU/h, ovvero 3,52 kW.

A livello di curiosità riporto anche come nascono queste unità di misura:

• Il Joule è il lavoro compiuto per spostare un oggetto di 1 metro sotto la forza di 1 Newton;
• La caloria è la quantità di lavoro necessaria per innalzare di un grado un litro l'acqua;
• la BTU è la quantità di calore necessaria per innalzare di un grado Fahreneheit una libbra d'acqua
• Il Ton è la potenza necessaria per congelare (o scongelare) una tonnellata d'acqua in 24 ore;

Possono tornare comode le seguenti tabelle di conversione:

Alcuni siti dove trovare maggiori informazioni sulle unità di misura termodinamiche e sulla loro conversione li trovate nella sezione siti utili.

Le caratteristiche tecniche

Fatta questa doverosa introduzione sulle unità di misura, passiamo a leggere le caratteristiche di un apparecchio tipico.

Potenza assorbita: è la quantità di "combustibile", sia esso elettricità che gas, che la pompa utilizza per funzionare: è, in sostanza, quello che andremo a pagare in bolletta.

Potenza resa: è la quantità di calore che, in un'ora, la nostra pompa sarà in grado di fornire o di assorbire dall'ambiente climatizzato. Quanto maggiore è potenza resa (a parità di quella assorbita), meno andremo a pagare di bolletta...

Occorre porre attenzione al fatto che le caratteristiche sono misurate in condizioni ambientali e di installazione ben precise, al variare delle quali si possono verificare variazioni di rendimento anche significative. La più importante è la temperatura tra cui lavora l'impianto; pressoché tutti effettuano la misura nelle condizioni:

Cosa vogliono dire bulbo secco e bulbo umido? Normalmente noi, come si può immaginare, la temperatura la misuriamo con il bulbo del termometro asciutto; tuttavia, se mettiamo un panno bagnato intorno al bulbo, l'acqua evaporando da questo abbasserà la temperatura; tanto più l'aria è secca, tanto più è veloce l'evaporazione, tanto maggiore sarà questo abbassamento. In realtà, quindi, questo abbassamento è una misura di umidità; è anche quest'ultima, oltre alla temperatura, ad influenzare sia la potenza assorbita che (soprattutto) quella resa.

Altro parametro da considerare è la lunghezza delle tubature: maggiore la lunghezza ed il numero di curve, maggiori le perdite e di conseguenza minore il rendimento; il costruttore normalmente indica la lunghezza con cui è stata effettuata la misura, dando per scontato che si tratta di tubi rettilinei ed orizzontali. Un'ulteriore variabile potrebbe essere la tensione di alimentazione (es. 230 Volt piuttosto che 220).

In realtà, comunque, la maggiore influenza è data dalla temperatura esterna (dato che quella interna è abbastanza costante) e dall'umidità dal lato più freddo, ossia all'esterno in riscaldamento ed all'interno in raffrescamento.

Il rapporto tra potenza resa e potenza assorbita si chiama efficienza (normalmente indicata con COP, da "Coefficient of Performance", coefficiente di prestazione). Un COP inferiore a 3 è da evitare, ed uno superiore a 3,5 è ottimo. Tuttavia, come abbiamo detto, qualsiasi variazione rispetto alle condizioni nominali influenzerà sicuramente questi parametri, in misura in buona parte sconosciuta; come vedremo tra poco, quindi, esistono parametri che indicano con maggiore precisione la qualità della pompa a tutte le temperature.

Il COP reale, quindi, varia in base alla differenza tra temperatura interna ed esterna. Se fuori ci sono 15 gradi, il COP è molto elevato, in più la quantità di calore richiesta è inferiore, quindi il costo del riscaldamento crolla. Se viceversa la temperatura esterna scende di diversi gradi sotto lo zero, il COP diventa molto più basso, tanto che il calore introdotto in casa proviene quasi esclusivamente dall'elettricità consumata, con una spesa elevatissima; ci sono pompe di calore che, in queste condizioni, si fanno aiutare da una resistenza elettrica per tentare di mantenere accettabile la temperatura interna, ovviamente a scapito dei costi; se si vive in zone dove la temperatura è spesso sotto zero, è praticamente indispensabile affiancare alla pompa di calore una caldaia tradizionale, limitando l'uso della pompa di calore all'inizio ed alla fine della stagione fredda (ci sono studi che dicono che anche in queste situazioni si può avere un risparmio)..

In sostanza, l'efficienza della pompa di calore è una funzione della differenza di temperatura tra interno ed esterno. A seconda dei climi per cui è progettata, la curva che descrive il COP può essere molto diversa. Per chi ha qualche nozione di termodinamica, la pompa di calore deve ovviamente rispettare i suoi princìpi fondamentali, (il terzo in particolare); dai dati sperimentali si ricava che le pompe odierne hanno un'efficienza di circa un terzo della massima teorica, e questo vuol dire che lo sviluppo tecnologico può ancora fare molto per migliorarle. A seconda del clima del posto in cui ci si trova, quindi, la stessa pompa di calore può avere costi di gestione molto diversi. Forse è proprio a causa di tutte queste incertezze che da noi la pompa di calore è ancora semisconosciuta. Per sapere quale installare, bisognerebbe raccogliere dati statistici sul posto per diversi anni, poi applicarli alle diverse pompe di calore, scegliendo la più indicata.

Tanto per avere un'idea, a lato trovate il grafico delle prestazioni di una pompa di calore commerciale.

Come si vede, al diminuire della temperatura cala sia la potenza assorbita che il rendimento, e quindi la potenza resa (che è il prodotto dei due) cala ancora più rapidamente. A zero gradi la potenza fornita è circa il 75% di quella nominale (ossia di quella - lo ricordo - a 7°C).

Ho detto che l'efficienza viene indicata come COP; questo è inesatto, perché si parla di COP solo durante il funzionamento in riscaldamento; per il funzionamento in raffrescamento si parla invece di EER (Energy Efficiency Ratio, indice di efficienza energetica), che è sempre una misura di efficienza ma, tanto per complicare le cose, non viene indicata dagli anglosassoni come numero puro (come il COP, in kW/kW, o kCal/kCal, o BTU/BTU), ma in BTU/Wh; poiché 1 Wh (= 1/1000 di kWh) è pari a 3,413 BTU si ha che, per ottenere l'EER "nostrano" (il COP "estivo") bisogna dividere l'EER per 3,413.

Senza conoscere il rendimento alle varie temperature è praticamente impossibile valutare il rendimento medio di una certa pompa di calore; ma, diciamoci la verità, anche conoscendolo la difficoltà rimane... Negli USA, come per molte altre cose, sono molto più avanti di noi sulla diffusione delle pompe di calore come sorgente di riscaldamento, mentre quasi non esiste abitazione o ufficio privo di condizionatore. Così, per semplificare la vita ad utenti ed installatori, sono stati inventati una serie di parametri che servono a valutare la bontà di un prodotto in modo molto più semplice. Esiste anche un'agenzia governativa, l'EREN che si occupa di promuovere la diffusione delle pompe di calore, e l'associazione indipendente dei produttori, l'ARI, che ne certifica le caratteristiche, e fornisce una lista di tutte le marche e modelli.

Comunque sia, abbiamo detto che sia il COP che l'EER sono misure limitate, poiché si riferiscono ad una singola condizione di funzionamento (temperatura ed umidità interna ed esterna), ma non dicono assolutamente quale sia il rendimento medio che ci aspettiamo in condizioni reali, ossia al variare della temperatura esterna. Gli statunitensi hanno creato quindi altri due parametri, utilissimi per gli utenti: l'HSPF ed il SEER.

Si immagina di porre la pompa di calore/condizionatore in un clima tipico, "campione", e farla funzionare per un'intera stagione, da ottobre a maggio oppure da giugno a settembre, e di misurare il rapporto tra energia consumata ed energia resa durante tutto il periodo. È chiaro che, nel corso della stagione, la differenza di temperatura è all'inizio minima, si farà massima in pieno inverno o estate, per poi diminuire nuovamente. L'HSPF (Heating Seasonal Performance Factor, fattore di prestazione stagionale in riscaldamento) è, come dice il nome, il parametro per la stagione invernale, mentre il SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio, indice di efficienza energetica stagionale) è quello estivo; è chiaro che questi parametri non dipendono dalle prestazioni ad una sola temperatura, ma piuttosto dall'intera gamma di temperature che si possono presentare in un'intera stagione. Essi, indicati e certificati su tutti gli apparecchi commercializzati negli USA, non sono mai presenti sulle specifiche italiane. In parte ciò è giustificato dal fatto che l'HSPF ed il SEER sono calcolati sul clima medio "statistico", ossia una serie di temperature diverse, ciascuna con un proprio "peso" percentuale, rappresentative del "clima medio" degli USA; tuttavia non ci vorrebbe molto a farne una versione europea o italiana, dato che il produttore non ha difficoltà a misurarli.

Se andate a paragonare, ad esempio, il SEER e l'EER di due condizionatori, avrete diverse sorprese; ad esempio, due apparecchi con EER molto simile possono avere SEER molto differenti; e gli apparecchi con il SEER più elevato hanno un EER niente affatto dei migliori. Questo conferma che l'indicazione fornita dal solo COP o dall'EER non è assolutamente sufficiente.

Le regolamentazioni americane vietano la commercializzazione di pompe di calore con SEER inferiore a 10; valori medi correnti sono di circa 13/15, il massimo finora raggiunto è di 17. Rispetto a pochi anni fa, il SEER e l'HSPF delle pompe di calore sono in continuo aumento, e quindi il risparmio è sempre maggiore. Il fatto che esiste un vincolo sul SEER e non sull'HSPF indica che, mentre molti statunitensi non hanno una pompa di calore (ma comunque sempre più che da noi), praticamente tutti hanno un condizionatore; in effetti, esistono regioni, come la Florida, ma anche la zona di Washington, che devono il loro sviluppo demografico proprio all'invenzione del condizionatore, in assenza del quale ben poche persone le troverebbero attraenti... Ecco perché vi è una maggiore attenzione a queste problematiche.

Conoscendo l'HSPF della pompa di calore di interesse, se abitiamo in una zona con un clima non troppo dissimile da quello "campione", sarebbe semplicissimo calcolare il costo d'esercizio di una pompa di calore elettrica rispetto al metano: basta desumere dalla bolletta il consumo di quest'ultimo in metri cubi, trasformarlo in calore (al solito, ogni metro cubo è pari a 9200 kcal.), e dividere per l'HPFS; si otterrà il consumo di elettricità, sempre durante un'intera stagione, e dal costo per chilowatt si ricava il costo della bolletta elettrica!

Per sapere quindi quanto si può risparmiare con una pompa di calore bisognerebbe sapere non tanto le sue prestazioni a 7°C, ma per ogni temperatura esterna, facendo un calcolo medio in base alle distribuzione statistica della temperatura invernale nella propria zona. Complicatissimo, praticamente impossibile? Ma niente affatto! La norma UNI 10349, a disposizione di ogni progettista, specifica le statistiche climatiche (vento e temperatura) per ogni comune d'Italia, da impiegarsi nel progetto degli impianti di riscaldamento (!), mentre le prestazioni della pompa di calore sono perfettamente note ad ogni costruttore... Ci vorrebbe solo la buona volontà di fornirle (c'è qualcuno che mi sente, là fuori???). Nei soliti Stati Uniti, esistono programmi che, impiegando i corrispondenti dati climatici di quei luoghi, e le curve caratteristiche (che lì i produttori forniscono, e certificano, anche!), possono calcolare al dollaro, e mettere a confronto, il costo di un inverno con ogni modello di pompa di calore ed anche tra diversi tipi di riscaldamento (tradizionale, pompa aria-terreno, ecc...)!

Qui in Italia bisogna ancora andare a spanne; tenete conto che a Roma la temperatura di progetto (ossia quella minima normalmente attesa) è di 0°, e la media invernale è di poco inferiore ai 7° già citati.