Dimensionamento pompa di calore.

Molte persone stanno valutando la possibilità di cambiare il proprio generatore di calore, che spesso è rappresentato da una caldaia a metano/gasolio o da una termostufa a legna/pellet, con un moderno generatore in pompa di calore.

Questa operazione, dal punto di vista dei costi di gestione è sempre favorevole, perche le pompe di calore sono vantaggiose rispetto a qualsiasi altro combustibile ,tuttavia alcune criticità legate alla potenza elettrica impegnata e ai costi d’acquisto, rendono particolarmente importante il corretto dimensionamento del generatore; in particolare l’errore più diffuso è quello di sovradimensionare eccessivamente e questo spesso determina solo maggiori costi e minore efficienza.

Il dimensionamento corretto di una PDC è un'operazione tuttaltro che semplice.. vediamo il perché e come fare...

Normalmente nel dimensionamento di una PDC si considera la potenza minima necessaria a mantenere calda la casa ( 20 gradi.. ),  quando fuori siamo nelle condizioni di temperatura minima di progetto; questa temperatura dipende dalla zona climatica ( per esempio a Milano corrisponde a -5°C ) e rappresenta il valore di temperatura minima alla quale statisticamente è soggetta la data zona.

Se acquistiamo una PDC che eroga la potenza necessaria a mantenere calda la casa alla temperatura minima di progetto siamo ragionevolmente sicuri di aver realizzato un dimensionamento corretto, tuttavia se la temperatura dovesse scendere sotto quel valore, è evidente che il generatore potrebbe non essere in grado di mantenere la T di comfort in quelle condizioni.

In  teoria non esiste un dimensionamento certo per un generatore di calore, ma piuttosto uno statisticamente accettabile... se dimensiono una PDC per essere sufficiente anche in condizioni  estreme e improbabili, avrò una macchina eccessivamente sovradimensionata per il restante 99% del tempo di funzionamento... questa è una situazione preferibilmente da evitare.

Per contro se dimensiono una PDC per essere "al pelo" con le esigenze della mia abitazione, avrò una macchina che costa poco, impegna poca potenza e rende al massimo per il 99% del tempo , ma che rischia di essere insufficiente in caso di freddo estremo.

Cosa fare quindi ?

Dal nostro punto di vista,  nel dimensionamento corretto di una PDC dovrebbe essere coinvolto l'utente stesso, in modo da renderlo partecipe alla scelta che sia la piu adatta alle sue aspettative; diversamente un termotecnico potrebbe essere indotto a dimensionare il generatore in modo che sia sufficiente in qualsiasi condizione climatica ( anche la piu improbabile ) con conseguenti maggiori costi e anche minore efficienza globale dell'impianto.

La via ritenuta più statisticamente corretta è appunto quella appena illustrata.. cioè quella di dimensionare la PDC per fabbisogno termico dell'edificio alla temperatura minima di progetto,    mantenendo acceso il riscaldamento in regime quasi continuo; .... ameno di 16 ore al giorno.

Facciamo subito notare che se si vuole una PDC che tenga calda la casa funzionando per tempi piu brevi,  si dovrà necessariamente SOVRADIMENSIONARLA e questa operazione NON porta a nessun vantaggio .. . ( a titolo d'esempio una PDC con potenza nominale di 16 kW in 10 ore sarà in grado  di scaldare una casa esattamente come una PDC da 8 kW nominali fatta pero funzionare per 20 ore.... . cosa cambia allora?.. Cambia che una PDC da 16 kW costa molto di più di una da 8kW , richiede una potenza impegnata al contatore maggiore e lavora a temperature di mandata necessariamente più alte e quindi con minore efficienza... insomma un bingo dell'inefficienza. )

Più in generale ridurre il tempo di riscaldamento ed aumentare le potenze, non determina  mai vantaggi in termini energetici e per questa ragione è sempre importante regolare correttamente il proprio impianto di riscaldamento, soprattutto con le PDC.

 

Il fabbisogno termico dell'edificio.

Bene .. una volta appurato che per dimensionare correttamente una PDC è importante conoscere il fabbisogno termico del proprio edificio alla temperatura minima di progetto, andiamo a vedere come conoscere o calcolare questo valore.

Il fabbisogno termico dell'edificio è un dato presente nella certificazione energetica dell'edificio, quindi se un utente dispone di questo documento, teoricamente dovrebbe avere già a disposizione tutto quanto occorre.

Diciamo 'teoricamente' perché le certificazioni energetiche degli edifici spesso danno numeri lontani dalla realtà e per dimensionare correttamente una PDC serve un dato corretto.

Per esperienza possiamo dire che le abitazioni vecchie che dispongono di certificazione, spesso sono dichiarate in modo eccessivamente pessimista; mentre molte abitazioni nuove ( soprattutto quelle certificate all'inizio del periodo in cui questa pratica è diventata obbligatoria), sono viceversa eccessivamente ottimistiche.

Le abitazioni moderne e recenti (diciamo le over 2010 ) sono solitamente certificate in modo piuttosto preciso.

Ma come fare a  capire se la propria certificazione è in qualche modo affidabile e corrispondente al vero ?

E' un esercizio abbastanza semplice... si prende il valore indicato nella certificazione come il  fabbisogno annuo di energia termica per climatizzazione invernale  ( valore espresso in [kWh/m²anno] ) e lo si moltiplica x la superficie totale riscaldata calpestabile.

Per esempio ETh = 60 kWh/m²anno

Superficie totale = 120 m2

Energia Tot  = 120 x 60 = 7200 kWh

Si divide per 10 questo valore e si dovrebbe trovare i consumi di metano dovuti al solo riscaldamento :

7200/10 = 720 mc di metano equivalenti.

A questo valore si sommano 50 mc dovuti alla produzione di ACS,  per ogni componente l'abitazione ( quindi ipotizzando di essere in 4 persone si somma 200 )

720 + 200 = 920 mc.

Ecco.. 920 è circa il valore di mc di metano che la nostra casa dovrebbe consumare per soddisfare quella certificazione energetica ( naturalmente considerando le dovute approssimazioni che un calcolo cosi semplificato può offrire ).

Bene.. se consumiamo intorno ai 1000 mc. all'anno possiamo dire che il valore di certificazione è soddisfatto........ ma possiamo anche dire un altra cosa... che è piuttosto semplice dedurre il fabbisogno termico del proprio edificio PROPRIO andando ad analizzare i consumi di gas  abituali dell'abitazione.

 

Dimensionamento di una pompa di calore dai consumi di gas abituali.

Allora abbiamo visto che per dimensionare una PDC occorre conoscere il fabbisogno termico dell'abitazione alla temperatura minima di progetto , tuttavia analizzando i consumi di gas possiamo desumere il fabbisogno termico annuale dell'abitazione; come passare quindi da un dato all'altro?.

Semplice.. per questo ci viene in aiuto la statistica ed in particolare i gradi giorno calcolati per il nostro comune .

I Gradi Giorno di una località rappresentano la somma  delle differenze tra la temperatura interna (convenzionalmente 20 ºC) e la temperatura media esterna della singola giornata, di tutti i giorni della stagione di riscaldamento.

Facciamo un esempio per meglio capire cosa sono i gradi giorno... supponiamo che il comune 'Casamia' ha una stagione di riscaldamento di 180 giorni e che ogni giorno la temperatura media esterna sia di 12 gradi.

I gradi giorno del comune 'Casamia' saranno quindi di (20 - 12) X 180 = 1440.

Esistono tabelle dei gradi giorno per ogni comune Italiano e questo disponibile è lo stesso presente sul sito dell'Enea . 

Disponendo dei consumi di gas globali dovuti al riscaldamento, si puo conoscere il fabbisogno termico della propria abitazione a qualsiasi valore di temperatura esterna, anche a quella minima di progetto che risulta utile per determinare la potenza nominale della nostra PDC.

Vediamo come fare...

La formula da utilizzare è questa : 

Potenza termica nominale  = Energia termica annuale  * (20 ºC – T_Progetto) / Gradi_Giorno / ore funzionamento riscaldamento.

Quindi prendendo spunto dai dati usati nell'esempio precedente, se consumo 720 Mc. di gas posso considerare che ogni Mc di metano contiene 10 kWh di energia termica quindi :

720 * 10 * ( 20- -5) / 2404 / 16 = 4,68 kW 

4.68 kW è la potenza ragionevolmente necessaria a tenere calda la mia casa ( 20 °C) nel giorno in cui sussiste la temperatura minima di progetto ( -5°C ) considerando che abitualmente ho un consumo di 720 mc di metano annui dovuti al solo riscaldamento , che è ubicata a Milano ( 2404 gradi giorno ), mantenendo il riscaldamento attivo per 16 ore al gg.

Usando la stessa formuletta si può calcolare che quando fuori ci saranno 4°C la potenza termica necessaria a mantenere calda la casa sarà di soli 3kW e a 12° di soli 1.5 kW e più in generale si può dedurre la potenza necessaria a qualsiasi temperatura esterna.

Considerazioni finali .

Con i suggerimenti appena illustrati si fa un calcolo che è piuttosto preciso anche se è opportuno conoscere quali sono le approssimazioni che si vanno ad introdurre e come influiscono sul calcolo finale.

Si commette un errore che può andare dal 10 al 15% in difetto, dovuto al fatto che in questo modo non si contano gli apporti gratuiti.

Gli apporti gratuiti, sono quelle fonti di calore che scaldano la casa al di fuori del generatore ( per esempio una ampia vetrata esposta a SUD ).
Questi apporti guardando i consumi annuali vengono contati globalmente ma possono influire diversamente nei vari giorni dell'anno; di conseguenza calcolare la potenza termica ad una data temperatura può essere un esercizio un pochino impreciso se si considerano solo i consumi annuali.

Per meglio capire si consideri questo esempio... Siamo in pieno inverno e consideriamo una casa con ampia vetrata a SUD a -5 esterni in una giornata nuvolosa; bene , questa casa avra' bisogno di meno energia alle stesse condizioni climatiche ma in una giornata soleggiata.

Si introducono anche errori in eccesso perchétutte  le aprossimazioni sono considerate per fornire risultati  per eccesso;.

Per esempio consideriamo 10 kWh per ogni mc di metano consumato, quando in realtà questo dato è sempre inferiore e dipendente dalla tecnologia che si sta usando per riscaldarsi ( per una caldaia a condensazione si possono considerare 10 kWh x mc, ma per una camera stagna occorre scendere a 9 e per una camera aperta si arriva anche a 8 ).

Oltre a questo i gradi giorno indicati sono dati statistici calcolati in anni pre 1995.. quindi piuttosto lontani dalle situazioni reali attuali, che risultano molto diverse e più miti in seguito , haimé ai cambiamenti climatici in atto.

Questo calcolatore on-line per il dimensionamento di una PDC partendo dai dati di consumo di gas pregressi,  esegue lo stesso calcolo ma tiene conto anche delle rese del generatore in funzione del tipo e inoltre stima un valore di apporti gratuiti di 10 kWh al giorno + 2 kWh per ogni abitante; con queste correzioni il calcolo risulta piuttosto preciso ed affidabile.

 

Cattaneo Fabrizio, Sergio Lasca

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