Perché il COP della pompa di calore ad aria cala con il freddo?

Con il freddo il COP della pompa di calore ad aria cala di norma perché il circuito frigorifero deve creare un salto di temperatura maggiore man mano che l’aria esterna si raffredda. Allo stesso tempo, la potenza termica disponibile dell’unità può diminuire mentre il fabbisogno di calore dell’edificio aumenta. La domanda pratica non è quindi se un prodotto riporta l’etichetta «8 kW», ma quanto calore può fornire quell’unità precisa alla temperatura esterna di progetto del luogo e alla temperatura dell’acqua in uscita che l’impianto di riscaldamento richiede davvero.

Risposta rapida

Il freddo cambia più grandezze contemporaneamente. La potenza termica è il calore utile che l’unità può fornire; la potenza elettrica assorbita è l’energia elettrica che consuma; il COP è il calore utile diviso per la potenza elettrica assorbita in un singolo punto di funzionamento; l’efficienza stagionale fa la media delle prestazioni su una gamma più ampia di condizioni. Questi valori sono collegati, ma non sono intercambiabili.

Una pompa di calore può restare adatta a un clima freddo anche se COP e potenza diminuiscono. L’idoneità dipende dal fatto che la sua curva di potenza continui a soddisfare la curva crescente del carico termico dell’edificio alla temperatura dell’acqua richiesta, da come lo sbrinamento influisce sul funzionamento e da quale riscaldamento ausiliario controllato è disponibile sotto il punto di bilanciamento o di bivalenza.

Indice

• Perché l’aria esterna più fredda cambia le prestazioni
• Potenza termica, potenza assorbita e COP
• Perché conta la temperatura dell’acqua in uscita
• Due esempi dalle tabelle di potenza dei costruttori
• Fabbisogno di calore dell’edificio e punto di bilanciamento
• Sbrinamento e riscaldamento ausiliario
• Come leggere una tabella di potenza prima dell’acquisto
• Controlli pratici, domande frequenti e passo successivo

Come funziona una pompa di calore ad aria con il freddo

Una pompa di calore ad aria non crea calore dall’elettricità come fa una resistenza elettrica. Sposta il calore dall’aria esterna alla casa con un ciclo frigorifero. La batteria esterna assorbe calore, il compressore aumenta pressione e temperatura del refrigerante e lo scambiatore interno cede quel calore all’impianto di riscaldamento.

Quando l’aria esterna è più fredda, contiene ancora calore utilizzabile, ma meno. La pompa di calore può continuare a funzionare, ma deve lavorare con una differenza di temperatura meno favorevole. Per questo le prestazioni invernali di una pompa di calore dipendono tanto dal clima esterno, dalla temperatura di mandata richiesta e dal tipo di terminali di emissione.

Perché l’aria esterna più fredda cambia le prestazioni della pompa di calore

La temperatura di evaporazione del refrigerante deve essere inferiore alla temperatura dell’aria esterna, così che il calore possa entrare nella batteria esterna. Più l’aria è fredda, più il compressore deve portare il refrigerante da una temperatura di sorgente più bassa alla temperatura richiesta dal circuito idraulico interno. Questo salto di temperatura maggiore in generale aumenta il lavoro del compressore e riduce il COP.

Le prestazioni con il freddo non sono solo una questione di efficienza. Un’unità può assorbire più potenza elettrica fornendo meno calore massimo di quanto sappia dare con il tempo mite. Il consumo di elettricità può comunque aumentare anche se il COP resta superiore a 1, perché l’edificio richiede più calore, il compressore funziona più a lungo e può entrare in funzione il riscaldamento ausiliario.

Potenza termica, potenza elettrica assorbita e COP non sono la stessa cosa

La potenza termica (HC) è il calore utile reso, in kilowatt. La potenza assorbita (PI) è la richiesta elettrica in kilowatt, nello stesso punto di funzionamento dichiarato. Il COP è il rapporto HC ÷ PI. Un COP di 2,0 significa che si forniscono 2 kW di calore per ogni 1 kW di potenza elettrica assorbita in quel particolare punto di prova; non descrive l’intera stagione.

L’efficienza stagionale tiene conto del variare delle temperature, del funzionamento a carico parziale e di altri effetti stagionali, secondo un metodo definito. È utile per un confronto generale, ma né un singolo COP né un’etichetta stagionale sostituiscono la verifica della potenza del modello specifico, necessaria per il dimensionamento.

Perché conta la temperatura dell’acqua in uscita

La pompa di calore deve fornire la temperatura dell’acqua richiesta dai terminali di emissione. Il riscaldamento a pavimento a bassa temperatura può garantire il comfort con acqua molto meno calda di un impianto a radiatori progettato per un’alta temperatura della caldaia. Richiedere acqua più calda aumenta il salto di temperatura del refrigerante e di norma riduce l’efficienza disponibile e, a seconda dell’unità, anche la potenza utile.

Per questo la sola temperatura esterna non è una condizione di prova completa. Una notazione delle tabelle di potenza come A-7/W35, oppure una riga e una colonna definite dal costruttore, combina una condizione dell’aria esterna con una condizione dell’acqua in uscita. Le definizioni del documento specifico vanno seguite con esattezza.

Che cosa mostrano davvero le tabelle di potenza dei costruttori

La classe nominale del modello non è una promessa di potenza costante. Questi sono due esempi di costruttori con una temperatura dell’acqua in uscita di circa 35 °C. Illustrano il principio tecnico, ma non sono un confronto diretto delle prestazioni, perché le definizioni della temperatura esterna e le convenzioni delle tabelle non sono identiche.

Daikin ERGA08DV: integrata, carico al 100%

La tabella Daikin ERGA08DV fornita definisce Ta come temperatura ambiente a bulbo umido. Descrive HC come potenza termica alla frequenza massima di funzionamento, misurata secondo la norma EN 14511. La tabella riporta HC e PI; l’ultima colonna qui sotto è calcolata come HC ÷ PI e non è un valore di COP stampato direttamente nella fonte.

NØRDIS OPTIMUS PRO Split HOP8WODU: funzionamento massimo

La tabella tecnica NØRDIS fornita definisce la temperatura esterna come temperatura a bulbo secco e riporta direttamente HC, PI e COP per il funzionamento massimo, normale e minimo. I valori qui sotto si riferiscono al funzionamento massimo e alla colonna con acqua in uscita a 35 °C.

Due esempi di costruttori: non un confronto diretto delle prestazioni

Le righe Daikin usano la temperatura ambiente a bulbo umido, mentre quelle NØRDIS usano la temperatura esterna a bulbo secco. Inoltre i due documenti presentano i dati di funzionamento in modo diverso. I numeri quindi non vanno usati per classificare i costruttori né per sostenere che una marca sia migliore con il freddo. L’insegnamento comune è più limitato: potenza ed efficienza dipendono dal modello esatto, dalla condizione esterna, dal livello di funzionamento e dalla temperatura dell’acqua in uscita.

Che cosa è normale e che cosa può indicare un problema

Un certo calo invernale è normale. Una pompa di calore può funzionare anche con il gelo, ma potenza ed efficienza di solito calano quando le condizioni esterne si fanno più fredde. Questo da solo non significa che ci sia un guasto.

Segnali che meritano un controllo più attento sono l’uso frequente del riscaldatore di riserva, una brina persistente, un flusso d’aria scarso attorno all’unità esterna, un funzionamento insolitamente rumoroso o una casa che non raggiunge mai la temperatura desiderata se la temperatura di mandata non viene alzata di molto.

Come i cicli di sbrinamento influiscono sull’efficienza

Quando l’umidità esterna è alta e la batteria è fredda, sull’unità esterna può formarsi brina. Un ciclo di sbrinamento inverte brevemente il funzionamento per eliminarla. In quel periodo il calore fornito alla casa cala e il consumo di energia sale, quindi l’efficienza stagionale diminuisce.

È un comportamento normale degli impianti ad aria con il freddo. L’impatto varia con l’andamento del tempo, il progetto della batteria, la strategia di regolazione e la collocazione dell’unità esterna. Alcuni costruttori sottolineano una gestione più intelligente dello sbrinamento, perché ridurre i cicli inutili o lunghi aiuta a proteggere le prestazioni invernali.

Se lo sbrinamento sembra troppo frequente, si controlla se la batteria esterna ha un flusso d’aria libero, se foglie o neve ostruiscono l’unità e se l’impianto lavora in un microclima umido e gelido. Se il comportamento persiste, può servire una diagnosi professionale.

Fabbisogno di calore dell’edificio e potenza della pompa di calore

Al calare della temperatura esterna l’edificio di solito disperde calore più in fretta, quindi la potenza di riscaldamento richiesta sale. Nello stesso tempo la potenza disponibile della pompa di calore può diminuire. Il punto in cui la curva del carico dell’edificio incontra la curva di potenza della pompa di calore si chiama spesso punto di bilanciamento o, negli impianti bivalenti, punto di bivalenza.

Sotto quel punto la pompa di calore può continuare a funzionare con efficienza e a dare un contributo di calore consistente, ma può non coprire più da sola l’intero carico dell’edificio. Il progetto stabilisce allora se la differenza viene fornita da una resistenza elettrica, da una caldaia o da un’altra fonte di calore controllata. Non esiste una temperatura di bilanciamento corretta per tutti: dipende dall’edificio, dal clima, dalle temperature dei terminali, dalle ipotesi tariffarie e dall’unità scelta.

Come leggere la tabella di potenza di una pompa di calore prima dell’acquisto

1. Ottenere un calcolo del carico termico di progetto dell’edificio che sia difendibile.
2. Individuare la temperatura esterna di progetto del luogo.
3. Stabilire la temperatura dell’acqua in uscita di cui i terminali hanno bisogno in quella condizione.
4. Trovare la potenza termica del modello esatto alla stessa condizione di temperatura esterna e dell’acqua, o a una vicina.
5. Controllare la potenza assorbita e il COP nello stesso punto, dove il costruttore li fornisce.
6. Leggere le definizioni del costruttore: bulbo secco o bulbo umido, funzionamento massimo, nominale o integrato, ed eventuali norme o note.
7. Tenere conto dello sbrinamento, delle condizioni di installazione e del comportamento della regolazione, senza inventare una penalizzazione valida per tutti.
8. Decidere che cosa copre l’eventuale differenza sotto il punto di bilanciamento e come viene controllato il riscaldamento ausiliario.

Una «pompa di calore da 8 kW» può non fornire 8 kW a -7 °C, -15 °C o -20 °C, soprattutto se l’impianto di riscaldamento richiede anche acqua calda ai terminali. La domanda utile per l’acquisto è: quanta potenza di riscaldamento può dare questa unità precisa alla mia temperatura esterna di progetto e alla temperatura dell’acqua in uscita richiesta?

Quando il riscaldamento ausiliario diventa rilevante

Il riscaldamento ausiliario è rilevante quando la potenza della pompa di calore è inferiore al carico dell’edificio, in certe condizioni di funzionamento o di ripristino, o quando la strategia dell’impianto prevede di proposito una seconda fonte di calore. La sua presenza non dimostra automaticamente che la pompa di calore sia stata progettata male. Conta se in fase di scelta sono stati considerati il punto di funzionamento previsto, la sequenza di regolazione, la richiesta di elettricità e il contributo annuale.

Come ridurre la perdita di efficienza con il freddo

• Tenere la temperatura di mandata il più bassa possibile, compatibilmente con il comfort della casa.
• Usare terminali di emissione di dimensioni adeguate, soprattutto se la casa è a radiatori.
• Migliorare l’isolamento e ridurre le dispersioni di calore dove è praticabile.
• Controllare che l’unità esterna abbia un flusso d’aria libero e non sia ostruita da detriti o neve.
• Verificare che regolazioni, sensori e comportamento dello sbrinamento siano impostati correttamente.
• Verificare se l’impianto è stato dimensionato sulla dispersione di calore reale dell’edificio.
• Fare la manutenzione dell’unità, in modo che batterie e scambiatori restino puliti e il flusso d’aria buono.

Per migliorare l’efficienza della pompa di calore, la prima domanda di solito è se la casa può essere riscaldata in modo accettabile con una temperatura di mandata più bassa. Questa sola modifica conta spesso più di piccole modifiche alla pompa di calore stessa.

Un esempio pratico dal mondo reale

Due case possono avere la stessa pompa di calore e risultati invernali molto diversi. Una casa ben isolata con radiatori grandi può funzionare in modo confortevole con acqua a bassa temperatura, quindi la pompa di calore mantiene un COP migliore anche quando il tempo si fa freddo. Un’altra casa con maggiori dispersioni e terminali sottodimensionati può richiedere acqua molto più calda, il che riduce l’efficienza e può far sembrare che l’unità «fatichi», anche se la causa vera sta nel progetto dell’impianto.

Per questo la ricerca dei problemi invernali dovrebbe partire dall’edificio e dal circuito di riscaldamento, non solo dall’unità esterna.

L’errore più comune dei proprietari

L’errore più comune è confrontare le prestazioni invernali reali con i valori di COP della brochure e pensare che qualsiasi scostamento significhi che la pompa di calore è difettosa. Quei valori di laboratorio sono misurati in condizioni di prova definite. La casa può richiedere una temperatura di mandata diversa, trovarsi in un clima diverso e disperdere più calore di quanto presuppone la prova.

Un altro errore è dare la colpa all’unità esterna prima di controllare dimensioni dei radiatori, isolamento, spazio libero per il flusso d’aria e impostazioni della regolazione.

Il consiglio dell’esperto HavenPoint

Se in inverno una pompa di calore sembra poco efficiente, bisogna porsi una domanda semplice: la casa può restare calda con una temperatura di mandata più bassa? Se la risposta è no, il primo rimedio spesso non è una pompa di calore nuova, ma un dimensionamento migliore dei terminali, una riduzione delle dispersioni di calore o una regolazione che permetta all’impianto di funzionare con più efficienza.

Che cosa deve comprendere una buona diagnosi

• Temperatura esterna e andamento recente del tempo
• Frequenza dello sbrinamento
• Temperatura di mandata impostata e se è più alta del necessario
• Idoneità di radiatori o riscaldamento a pavimento
• Comfort interno con le impostazioni normali di funzionamento
• Spazio libero attorno all’unità esterna e stato della batteria
• Se il riscaldamento di riserva è usato più del previsto

Per una diagnosi più approfondita conviene confrontare il comportamento dell’impianto su alcuni giorni freddi, senza giudicarlo da una sola mattina gelida. Le prestazioni cambiano con umidità, vento e carico, quindi una singola istantanea può essere fuorviante.

Domande frequenti

Le pompe di calore ad aria funzionano anche con il gelo?

Sì. Possono funzionare anche con il gelo, ma efficienza e potenza di solito calano al calare della temperatura esterna. La capacità esatta a bassa temperatura dipende dal modello.

Perché le pompe di calore perdono efficienza quando fa più freddo?

Perché il compressore deve spostare calore da aria più fredda a un impianto di riscaldamento più caldo. Più grande è la differenza di temperatura, più lavoro deve fare il compressore per ogni unità di calore fornita.

Che cos’è un ciclo di sbrinamento della pompa di calore?

È una breve modalità di funzionamento usata per eliminare la brina dalla batteria esterna. È normale con tempo freddo e umido, ma riduce temporaneamente il calore fornito e fa consumare più energia.

Come posso migliorare l’efficienza della pompa di calore in inverno?

Abbassare la temperatura di mandata dove è possibile, migliorare l’isolamento, usare terminali adatti, tenere libera l’unità esterna e fare in modo che l’impianto sia dimensionato correttamente e sottoposto a manutenzione.

I valori di efficienza EPREL corrispondono alle prestazioni in casa?

No. Sono valori utili per il confronto, ma le prestazioni dell’impianto installato dipendono dalla casa, dal clima, dai terminali e dalla regolazione.

Conclusione

Con il freddo il COP della pompa di calore ad aria cala per normali ragioni termodinamiche, ed è previsto un certo calo. Le influenze pratiche maggiori sono la temperatura di mandata, le dimensioni dei terminali, l’isolamento, il dimensionamento, il comportamento dello sbrinamento e la qualità dell’installazione. Se le prestazioni invernali sembrano scarse, si parte dal controllare l’impianto di riscaldamento e l’edificio, non solo la pompa di calore.

Per confrontare le opzioni di pompa di calore per un clima più freddo, o per capire se l’impianto attuale funziona normalmente, contattare HavenPoint: offre indicazioni pratiche basate sulla casa e sull’impianto di riscaldamento.