Pompa di calore contro combustibili

Pompa di calore confronto tecnico-economico in paragone al riscaldamento a combustibili

Questa sezione è il proseguimento di  “Pompa di calore per il riscaldamento”.

In questo paragone tecnico-economico tra pompa di calore e sistemi a combustibile, le informazioni utili per meglio comprendere e definire la scelta in base alle proprie esigenze, situazioni e possibilità.
Se non si è interessati ai calcoli, ma si vuole solo avere informazioni utili a valutare la convenienza dei vari sistemi, si può andare avanti direttamente al paragrafo RIASSUNTO DEI COSTI. Ma il consiglio è di leggere tutta questa sezione!

Nota bene: i calcoli sono fatti con tariffe non aggiornate, risalenti al 2006, e servono solo come indicazione di massima! Sono comunque replicabili e possono essere attualizzati a seconda del prezzo che si paga per la propria fornitura. Solo attualizzandoli è possibile stabilire con esattezza la convenienza effettiva con buona precisione. Nel calcolo occorre tenere conto delle varie componenti del prezzo e delle numerose variabili.
I calcoli che seguono, per semplicità di confronto, sono equiparati per una quantità di calore richiesta pari a 8.342 calorie (9.700 W o 9,7Kw)

1. SISTEMA ELETTRICO A POMPA DI CALORE: (a tariffa non agevolata, oltre i 3 kw)
Climatizzatore Classe Energetica “A” con efficienza (“COP”) = 3,6 riferite a temperatura interna = 20° , temperatura esterna = 6° , alla velocità massima (con velocità minima il rendimento diminuisce).
A temperature più basse l’efficienza della pompa di calore diminuisce, a temperature più alte aumenta
Ad esempio, considerando le temperature medie in una città come Roma, il bilancio medio è ancora migliore: Gen=7,6 – Feb=8,7 – Mar=11,4 – Apr=14,7 – Mag=18,5 – Giu=22,9 – Lug=25,7 – Ago=25,3 – Set= 22,4 – Ott=17,4 – Nov=12,6 – Dic=8,9

Calcoli equiparati per una quantità di calore richiesta pari a 8.342 calorie (9.700 W o 9,7Kw)

Potenza resa: 9.7 Kw = 8342 Kcal/h
Potenza assorbita: 2,69 kw/h (cioé 9.7 Kw / 3,6 COP = 2,69)
Costo kw/h: 0,15 € (escluse quote fisse, IVA, ecc. Tariffa contratto 6Kw. )
Costo di 1 ora in funzione: 2,69 x 0,15 = 0,404 € (8,342 Kcal/h rese)
Da cui: costo di 1 ora in funzione = 0,404 € + IVA 10% = 0,44 €

2. SISTEMA METANO: (a tariffa mediata. Caldaie ultima generazione)
Potenza resa: 9.7 Kw = 8342 Kcal/h (Caldaia 7.5 – 25 Kcal/h, rendimento 88 %)
Potenza assorbita metano: 9,480 Kcal (8342 / 0,88) = circa 1,1 mc (il potere calorifico del metano al metro cubo, varia normalmente tra 8.200 e 9.200 Kcal, la media è di circa 8.700 Kcal).

Potenza assorbita: Elettrica: 0,3 Kw (€/Kwh 0,15. Consumo di circuiti e della pompa elettrica per circolazione acqua calda)
Metano: 1,1 mc/h (€/mc 0,5)
Costo di 1 ora in funzione:
Elettricità= 0,3 x 0,15 = 0,045 € + IVA 10% = 0.0495 €
Metano = 1,1mc x 0.5 €/mc= 0,55 € + IVA 20% = 0,66
Totale = 0,0495 + 0,66 = 0,71 €.
Da cui: costo totale di 1 ora in funzione = 0,71 €

3. SISTEMA METANO: (a tariffa mediata. Caldaia a condensazione)

Potenza resa: 9.7Kw = 8342 Kcal/h (Caldaia 7.5 – 25 Kcal/h, rendimento 102 %)
Potenza assorbita metano: 0,82 Kcal (8342 / 1,02) = circa 0,95 mc (il potere calorifico del metano al metro cubo, varia normalmente tra 8.200 e 9.200 Kcal, la media è di circa 8.700 Kcal)

Potenza assorbita: Elettrica: 0,3 Kw (€/Kwh 0,15. Consumo di circuiti e della pompa elettrica per circolazione acqua calda)
Metano: 1,0 mc/h (€/mc 0,5)
Costo di 1 ora in funzione:
Elettricità= 0,3 x 0,15 = 0,045 € + IVA 10% = 0.0495 €
Metano = 1,0 x 0.5 = 0,475 € + IVA 20% = 0,57 €
Totale = 0,0495 + 0,57 = 0,62 €
Da cui: costo totale di 1 ora in funzione = 0,62 €

4. SISTEMA GPL liquido con serbatoio: (a tariffa mediata. Caldaie ultima generazione. Situazione tipica di zone non servite da metanodotto)
Potenza resa: 9.7 Kw = 8342 Kcal/h (Caldaia tipo da 7.5 – 25 Kcal/h, rendimento 88 %)
Potenza assorbita GPL: 9,480 Kcal (8342 / 0,88) = circa 0,82 Kg = circa 1,6 Lt (il potere calorifico del GPL al Kg, varia normalmente tra 11.000 e 12.000 Kcal, la media è di circa 11.500 Kcal. 1 Litro di GPL a 15°C pesa circa 0,51 Kg, ne consegue che 1 Kg di GPL liquido a 15°C equivale a circa 2 litri)

Potenza assorbita: Elettrica: 0,3 Kw (€/Kwh 0,15. Consumo di circuiti e della pompa elettrica per circolazione acqua calda)
GPL: 1,6 Lt/h (€/litro = 1,0 IVA compresa)
Costo di 1 ora in funzione:
Elettricità= 0,3 x 0,15 = 0,045 € + IVA 10% = 0.0495 €
GPL = 1,6 Lt x 1,0 €/Lt= 1,6 €
Totale = 0,0495 + 1,6 = 1,65 €.
Da cui: costo totale di 1 ora in funzione = 1,65 €

5. STUFA A PELLETS:
I pellets sono segatura di legno compattata ad altissima pressione, dall’aspetto di piccoli cilindri. Il rendimendo delle stufe e il potere calorifico dei pellets varia molto. Le stufe a legna hanno un rendimento più basso (75% le migliori), e la legna ha un potere calorifico generalmente inferiore (3000 / 4200 Kcal/Kg.) . Calcoli indicativi.

Potenza resa: 9.7 Kw = 8342 Kcal/h (il rendimento viene qui considerato al 90%, dato medio molto vicino alla realtà)
Potenza assorbita: 1,08 kw/h
Potenza assorbita: Elettrica: 0,1 Kw (Consumo elettrico medio delle stufe a pellets). Prezzo €/Kwh 0,15.
Pellets da bruciare (il potere calorifico medio dei pellets è circa 4500 KCal/Kg): 2,4 Kg/h (€/Kg = 0,23 IVA compresa)
Costo di 1 ora in funzione:
Elettricità= 0,1 x 0,15 = 0,015 € + IVA 10% = 0.0165 €
Pellets = 2,4 Kg x 0,23 €/Kg= 0,55 €
Totale = 0,55 + 0,016 = 0,57 €.
Da cui: costo totale di 1 ora in funzione = 0,57 €

6. SISTEMA ELETTRICO SEMPLICE TIPO VENTILCONVETTORE O RADIANTE: (a tariffa non agevolata, oltre i 3 kw)

E’ la tipologia della classica stufetta elettrica, dove l’energia eletttrica viene in pratica “bruciata”, e non usata per “pompare” il calore. Viene qui riportata con valori distorti solo come riferimento. Per usi moderati (esempio riscaldamento bagno, uso saltuario in piccoli ambienti, o impiego di emergenza), va bene. Per altri impieghi diventa costosa.
Considerare che un uso come sistema primario richiederebbe contratti di fornitura elettrica con potenza impegnata molto alta, quindi spesso improponibili per gli usi comuni.

Potenza resa: 9.7 Kw = 8342 Kcal/h (il rendimento viene qui considerato al 100%, dato molto vicino alla realtà)
Potenza assorbita: 9,7 kw/h
Costo kw/h: 0,15 € (escluse quote fisse, IVA, ecc. Tariffa contratto 6Kw. )
Costo di 1 ora in funzione: 9,7 x 0,15 = 1,455 € (8,342 Kcal/h rese)
Da cui: costo di 1 ora in funzione = 1,455 € + IVA 10% = € 1,60

RIASSUNTO DEI COSTI
Dati di calcolo: caldaie bene a punto, temperatura esterna di 6°C, temperatura interna di 20°C, per ogni ora di funzionamento (9,7 Kw termici / 8.342 Kcal resi.

Pompa di Calore: € 0,44

Caldaia acondensazione: € 0,62

Caldaia standard: € 0,71

Caldaia a GPL da serbatoio: € 1,60

Stufa a pellets: € 0,57

Stufa elettrica: €1,60

Con questi dati emerge quindi che il riscaldamento con la pompa di calore quindi costa il 27% in meno della caldaia a condensazione e il 38 % in meno di una caldaia standard ad alto rendimento e il 72% in meno (cioé meno di 1/3) di una caldaia alimentata a GPL da serbatoio, ed il 23 % in meno rispetto ad una stufa a pellets.

In una abitazione grande o in una media isolata (coibentata) male un esempio per il costo annuale del riscaldamento potrebbe essere:

Pompa di calore: 930 € (*), Caldaia a condensazione 1310 €, Caldaia standard 1500 €.

In realtà il rendimento delle caldaie, anche a causa della manutenzione non ottimale o della usura, spesso non è ai livelli teorici qui considerati.

euro_money(*) La possibilità che si ha con la pompa di calore di riscaldare i soli locali o le zone dove si soggiorna (es. zona giorno e zona notte) , può aumentare ulteriormente il risparmio, anche del 30%. Il rendimento varia anche in base alla temperatura esterna (la quantità di calore disponibile all’esterno), per temperature medie invernali di 10° invece che di 6° (10°C è la temperatura media invernale della zona di Roma), ad esempio, il rendimento aumenta di un ulteriore 15% circa rispetto ad una caldaia. Le temperature diurne sono inoltre superiori a quelle della notte (dove la sola pompa di calore in funzione può essere quella dell’ambiente notte, o nessuna), e questo innalza ulteriormente la resa del sistema.
Anche con l’utilizzo della pompa di calore regolata per una bassa temperatura di uscita (ad esempio nelle motocondensanti ad acqua impiegate nel riscaldamento a pavimento) il rendimento aumenta sensibilmnte.
Ovviamente con temperature esterne molto al di sotto di quelle considerate il rendimento della pompa di calore cala e la convenienza diminuisce. In zone molto fredde occorre ricorrere a pompe di calore particolari che scambiano il calore con il suolo o con fonti d’acqua nei dintorni (più costose e complesse nella realizzazione). Sotto le temperature minime di progetto (-10 / -20°C) la pompa di calore in pratica cessa di funzionare.

Nel costo non è stato considerato quello della manutenzione obbligatoria (e necessaria), presente nelle caldaie a combustibile e assente nella pompa di calore.

Ulteriori considerazioni di paragone tra i due sistemi
Climatizzazione elettrica a pompa di caloreRiscaldamento con caldaia a gas metano
Impiego modulare e multizona (solo dove serve)Impiego totale (ulteriore spreco)
Nessun inquinamento ambientaleInquinamento ambientale da fumi
Zero spese di manutenzione e controlloManutenzione periodica e libretto obbligatori
Circuito Frigorifero sigillatoPossibili perdite tubazioni acqua
Pericolosità nullaPossibilità. fughe gas
Climatizzazione estiva/invernaleSolo riscaldamento
Deumidificazione ambiente ottimale (50%)Deumidificazione inesistente
Bassi costi di gestioneCosti di gestione superiori
Nessun sistema di scarico fumiNecessario sistema di scarico (canna fumaria)
Filtrazione dell'aria nel locale climatizzatoFiltrazione inesistente.

INOLTRE:

Impiego modulare e multizona: Significa che si può utilizzare il sistema solo nelle zone dove è richiesto (es. soggiorno durante il giorno, camera da letto di notte) e impostare con precisione la temperatura, con ulteriore grosso risparmio.

Il fornitore di energia elettrica può, se richiesto, allacciare un contatore dedicato alle pompe di calore (3Kw), a tariffa abitativa, quindi agevolata, senza dover alzare il contratto a 4,5 o 6Kw, consigliabili per impianti di una certa potenza. Ci risulta però che cercare di ottenere questo beneficio è impresa ardua. Comunque, come già detto, per consumi elettrici superiori alla norma, il contratto a 4,5 o 6 Kw/h risulta in definitiva più conveniente.

La pompa elettrica della caldaia a metano consuma comunque energia elettrica, cosa che non viene mai considerata quando si valutano i costi del riscaldamento.

Il raggiungimento della temperatura richiesta, per esempio rientrando a casa è immediato. Nelle caldaie occorre sprecare una certa quantità di combustibile per portare l’acqua a temperatura.

DIMENSIONAMENTO DELL’IMPIANTO

Per dimensionare un impianto di climatizzazione esistono diversi metodi. Ovvio che un metodo complesso che prenda in considerazione tutte le variabili è il migliore, in quanto molto più preciso, e alla lunga porta anche ad un considerevole risparmio.

Nota importante: volendo utilizzare una pompa di calore per il riscaldamento, occorre considerare la temperatura minima invernale prevista alla quale la macchina dovrà poter funzionare. Cosa che generalmente non viene fatta, basandosi solo sulla potenza nominale. Ma un climatizzatore non è una caldaia!

Rendimento di una pompa di calore uin rapporto alle temperature.

Rendimento di una pompa di calore uin rapporto alle temperature.

Una pompa di calore moderna può funzionare bene fino a -10 °C, per i modelli semplici a termostato (on-off), e a -15°C per i modelli ad inverter.
Ma occorre considerare che il rendimento cala al diminuire della temperatura (in una caldaia questo non succede) e che al contempo aumentano le dispersioni attraverso mura, infissi, ecc. A temperature esterne molto basse la pompa di calore pomperà poco calore all’interno dell’ambiente climatizzato, e potrebbe non riuscire a compensare le dispersioni. Da questo si capisce come, per alcune zone, occorra un sovradimensionamento per garantire prestazioni adeguate. Oppure la scelta di sistemi diversi (es. pompa di calore geotermica).
Orientativamente, ma non è un calcolo definibile qui con precisione, per temperature fino a – 10 °C occorre calcolare una potenza doppia dell’impianto, mentre fino a 0°C potrebbe essere sufficiente un 20-30% in più.

Per il dimensionamento, esistono anche vari metodi empirici. Qui a seguire semplici indicazioni per il dimensionamento di un impianto.

Anche l'etichetta energetica, che è ora diversa dalla precedente, va considerata.

Anche l’etichetta energetica, che è ora diversa dalla precedente, va considerata.

Il metodo è semplice: per ogni metro cubo da climatizzare occorrono 30 kcalorie/ora in riscaldamento, e 25 kcalorie/ora in raffreddamento. Ad esempio, per una stanza di dimensioni 4×5 metri ed alta 3, la capacità necessaria è di (4x5x3)x30 = (60metri cubi) x 30 = 1800 kcal/h, ovvero circa 7000 BTU in riscaldamento, e 1500 kcal/h (6000 BTU) in raffreddamento.

Oppure: indicativamente calcolare una potenza di 6.000-8.000 Btu/h (circa 2Kw) per ambienti tra i 15 e i 20 mq di superficie, di 9.000-10.000 Btu/h (circa 3Kw) per quelli tra i 20 e i 30 mq, e di 11.000-14.000 Btu/h (circa 4Kw) per locali tra i 30 e i 40 mq. (Per le conversioni vedere a fondo pagina).

Nota: questi sono calcoli di massima, usati tuttavia alla maggior parte degli addetti ai lavori per stabilire la potenza delle macchine da installare.

Si può effettuare una correzione per attualizzare il calcolo in base alle caratteristiche di finestre e pareti, e renderlo un poco più preciso, fatto salvo quanto detto ad inizio paragrafo: un metodo più complesso da seguire considerando i parametri attualizzati fornisce dati più precisi e da i risultati migliori.

Dati indicativi per condizionamento.

Carichi totali in W termici da considerare (per le conversioni vedere a fondo pagina).

Finestre esposte al sole x mq:

N-E = 192
E = 256
S-E = 238
S = 238
S-O = 384
S = 477
N-O = 256

Altre superfici:

Finestre non esposte al sole = 44
Pareti pesanti esposte al sole = 16
Pareti pesanti non esposte al sole = 9
Pareti esposte al sole = 2
Pareti non esposte al sole = 12
Pareti leggere esposte al sole = 35
Pareti leggere non esposte al sole = 14
Soffitto = 9
Pavimento = 9
Luci e apparecchi elettrici: La potenza dissipata (circa quella assorbita)
Persone presenti = 116 a persona.
Volume ambiente = 5 (a metro cubo)

Tabelle di conversione:

Ci si imbatte spesso in termini che rendono complicata la comprensione delle caratteristiche dei vari sistemi.

Per comodità riportiamo qui alcune tra le definizioni più comuni.

1 frigoria/h è uguale a 4 Btu/h e 1 Kcaloria equivale a 4Btu/h.

Rispetto alla potenza elettrica in watt (W), si considera che 1 W/h corrisponde a 3,4 Btu/h.

La caloria (cal.), è un’unità di misura di calore. 1 caloria è equivalente a 4,18 J, 1 KCaloria = 4185 Joule

1Kw = 860 Kcal/h.

Il Joule (J) è l’unità base dell’energia adottata dal s.m.i.

Il Watt (W) è l’unità di misura della potenza, pari ad un Joule al secondo (J/s);

Il chilowattora (kWh) misura energia o lavoro (non potenza), è pari a 1000 Watt * 3600 secondi ,ovvero a 3,6 milioni di Joule, ossia 3,6 MJ.

La BTU (British Thermal Unit) è un’altra unità di misura del calore, come la caloria; un kWh equivale a 3413 BTU.

Calcolo aumento temperatura: 1 Kilocaloria è il calore richiesto per innalzare la tempertura di 1 Kg di acqua di 1 grado.

Calore richiesto: Peso x Calore Specifico x Salto Termico.

Peso Specifico Aria = 1,2 Kg mc (20°C e a livello del mare o S.L.)
Calore specifico Acqua =1 , Aria = 0.241 , Cemento 0.16 , ferro 0.11.)

Esempio: volendo riscaldare 25 litri (corrispondenti a 25Kg) di acqua da 10°C a 50°C = 40°C salto termico x 25 Kg = 1000 Kcal. = 0,86 Kw = 3.970 BTU

Tabellina di conversione 
KilowattKw1 kW = 859,84 kcal/h = 3.412,14 BTU/h
btu/h
Kilocaloria per oraKcal/h1 Kcal/h = 0,0012 kW = 3,97 BTU/h
British termal unitBTU1 BTU= 0,00029 Kw = 0,25 Kcal/h
JouleJ1 J = 0,00024 Kcal = 0,00095 BTU