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Pompa di calore e fotovoltaico in sinergia per edifici più sostenibili

Tempo di lettura stimato: 7 minuti

I vantaggi dell’uso integrato di pompa di calore ed impianto fotovoltaico in termini di efficienza e consumi

L’innovazione nel settore dell’energia sta rivoluzionando il modo in cui concepiamo il riscaldamento e il raffreddamento delle nostre abitazioni. Uno dei progressi più significativi è l’integrazione delle pompe di calore con gli impianti fotovoltaici, un connubio che promette di portare benefici significativi in termini di efficienza energetica, risparmio sui costi e riduzione dell’impatto ambientale.

In questo articolo, esploreremo i vantaggi e gli svantaggi dell’utilizzo combinato tra la pompa di calore e l’impianto fotovoltaico, analizzando le implicazioni pratiche di questa tecnologia innovativa. Scopriremo come funziona questa sinergia e quali sono le considerazioni chiave da tenere in considerazione sia in fase di progettazione che di gestione dell’immobile.

Inoltre puoi vedere come dimensionare una pompa di calore con un software per il calcolo energetico e come progettare e dimensionare un impianto fotovoltaico con un software per il fotovoltaico grazie ad alcuni video disponibili nella parte finale di questo articolo.

pompa di calore

Pompa di calore TerMus-BIM

Funzionamento delle pompe di calore

Le pompe di calore costituiscono una tecnologia innovativa che sfrutta il principio termodinamico per trasferire il calore da una sorgente a temperatura più bassa a un ambiente a temperatura più alta. Questo processo, noto come “ciclo frigorifero“, trova la sua applicazione non solo nei frigoriferi, ma anche nelle pompe di calore utilizzate per il riscaldamento delle abitazioni.

Il funzionamento di una pompa di calore, quindi, è simile a quello di un frigorifero, ma con una differenza: mentre il frigorifero estrae il calore dall’interno per mantenerlo fresco e lo rilascia nell’ambiente circostante, la pompa di calore estrae il calore dall’ambiente esterno per riscaldare l’interno di una casa. Questo processo si basa sul principio termodinamico dell’effetto Joule-Thomson, secondo il quale i gas cambiano temperatura durante una compressione o un’espansione senza l’aggiunta di energia esterna.

Schema pompa di calore

Schema pompa di calore

Le pompe di calore possono sfruttare diverse fonti di calore ambientale, tra cui l’aria, il terreno e le acque sotterranee. Queste fonti di calore sono disponibili gratuitamente e in quantità illimitata, ma la loro temperatura iniziale è troppo bassa per essere utilizzata direttamente per il riscaldamento degli ambienti. Perciò, la pompa di calore utilizza un ciclo termodinamico per aumentare la temperatura dell’ambiente a un livello adatto per il riscaldamento domestico.

Le componenti principali di una pompa di calore, oltre al liquido refrigerante, sono:

  • il compressore;
  • l’evaporatore;
  • il condensatore;
  • la valvola di espansione.

Il fluido refrigerante gioca un ruolo fondamentale nel processo, subendo una serie di trasformazioni all’interno del circuito chiuso del sistema. Per capire cosa accade nell’intero processo, ti spiego brevemente quali sono i diversi step:

  1. nell’evaporatore, grazie ad uno scambiatore, il fluido refrigerante assorbe il calore ambientale (dall’aria, dall’acqua o dal sottosuolo) ed evapora;
  2. nel compressore il refrigerante (ora in stato gassoso) viene compresso e riscaldato;
  3. successivamente, nel condensatore, il fluido refrigerante rilascia il calore a un accumulatore di calore per il riscaldamento domestico;
  4. infine il refrigerante passa per la valvola di espansione che gli consente di ritornare al suo stato originale.

Sistemi monoblocco e split

Esistono diverse varianti di pompe di calore, tra cui i sistemi monoblocco e split.

Nei sistemi monoblocco, tutti i componenti tecnici sono racchiusi in un’unica unità, semplificando l’installazione e riducendo i costi. D’altra parte, i sistemi split distribuiscono i componenti su due unità, offrendo maggiore flessibilità ma richiedendo interventi più complessi per l’installazione.

Come misurare l’efficienza di una pompa di calore

L’efficienza di una pompa di calore è misurata dal coefficiente di prestazione (COP), che indica il rapporto tra il calore prodotto e l’energia elettrica consumata. Maggiore è il COP, maggiore è l’efficienza della pompa di calore.

Infine è bene precisare che le pompe di calore possono funzionare sia in modalità monovalente, utilizzando un’unica fonte di energia per il riscaldamento, sia in modalità bivalente, combinando diverse soluzioni di riscaldamento.

Se vuoi saperne di più sulle pompe di calore e il loro funzionamento, ti consiglio di leggere l’articolo di approfondimento “Pompa di calore: come funziona, tipologie e costi“.

Cosa sono gli impianti fotovoltaici e come funzionano

La tecnologia fotovoltaica svolge un ruolo fondamentale nell’alimentare le pompe di calore con l’energia necessaria per il loro funzionamento.

Attraverso un processo di conversione dell’energia solare in elettricità, i pannelli fotovoltaici trasformano la radiazione solare in energia elettrica utilizzabile. Questa tecnologia offre diverse soluzioni che consentono di massimizzare l’efficienza e l’adattabilità degli impianti fotovoltaici alle varie condizioni ambientali e alle diverse esigenze applicative. Tra quelle più comuni ci sono:

  • celle policristalline – sono costituite da materiali policristallini che offrono un ottimo rapporto qualità-prezzo e buone prestazioni in condizioni di illuminazione diffusa;
  • celle monocristalline – sono composte da singoli cristalli di silicio, garantendo un’efficienza energetica superiore e una maggiore durata nel tempo.
Schema impianto fotovoltaico a isola

Schema impianto fotovoltaico

Questa tecnologia può essere utilizzata attraverso differenti tipi di istallazioni che può avvenire principalmente in 2 modalità:

  • gli impianti connessi alla rete elettrica locale – lavorano in parallelo con la rete elettrica domestica, integrando la produzione solare con quella proveniente dalla rete e vendendo l’eventuale surplus di energia;
  • gli impianti isolati dalla rete – sono indipendenti e forniscono energia ai carichi specifici, spesso utilizzando sistemi di accumulo energetico per garantire una continuità di servizio.

Infine, per capire meglio il sistema degli impianti fotovoltaici, è bene conoscere quali sono i principali componenti. Questi includono i moduli fotovoltaici, che catturano l’energia solare, le strutture di sostegno che li sorreggono e li orientano verso i raggi solari, il quadro di campo che gestisce le diverse stringhe e protegge dai sovraccarichi, e gli inverter che trasformano l’energia elettrica prodotta dai moduli in corrente alternata utilizzabile dagli apparecchi residenziali e industriali. Inoltre, esistono componenti aggiuntivi che contribuiscono a migliorare l’efficienza dell’impianto, come i sistemi di monitoraggio che permettono di controllare l’impianto da remoto e monitorarne l’andamento della produzione, e i sistemi di accumulo energetico che consentono di utilizzare l’energia prodotta anche quando l’impianto non è in funzione.

Anche in questo caso ti consiglio di approfondire l’argomento leggendo l’articolo “Impianti fotovoltaici: la guida“.

Integrazione delle pompe di calore con i pannelli fotovoltaici

L’integrazione delle pompe di calore con i pannelli fotovoltaici rappresenta una soluzione innovativa e altamente efficiente per ridurre i costi energetici e l’impatto ambientale. Questa sinergia consente di sfruttare al meglio l’energia solare, combinando l’elettricità prodotta dai pannelli fotovoltaici con il funzionamento delle pompe di calore.

Un impianto fotovoltaico cattura l’energia solare mediante l’utilizzo di pannelli solari fotovoltaici, trasformandola in energia elettrica utilizzabile. Questa energia può essere utilizzata direttamente per alimentare le utenze domestiche o immagazzinata in batterie per un utilizzo futuro. D’altra parte, la pompa di calore è un sistema altamente efficiente che sfrutta il principio della trasmissione di calore da una sorgente a bassa temperatura a una sorgente a temperatura più alta. Utilizza l’energia elettrica per riscaldare o raffreddare gli spazi, sfruttando l’energia presente nell’ambiente circostante, come l’aria esterna.

L’integrazione di pompe di calore e fotovoltaico con accumulo consente di ottimizzare l’autoconsumo dell’energia solare. Durante le ore di luce del giorno, i pannelli solari generano energia elettrica, parte della quale viene utilizzata per alimentare le pompe di calore. L’energia in eccesso può essere immagazzinata nelle batterie per l’uso notturno o in giornate con scarso irraggiamento solare. Questo approccio permette di ridurre al minimo il prelievo di energia dalla rete elettrica tradizionale, aumentando l’efficienza complessiva del sistema e riducendo i costi energetici.

La progettazione di impianti integrati pompe di calore e fotovoltaico richiede competenze specializzate e trasversali. È necessario considerare diversi fattori, come la posizione geografica dell’impianto, l’inclinazione dei pannelli solari, la temperatura ambientale media e la superficie disponibile. Inoltre, è importante dimensionare correttamente sia la pompa di calore che l’impianto fotovoltaico per garantire un bilanciamento ottimale tra produzione e consumo energetico.

L’integrazione di pompe di calore e fotovoltaico rappresenta un’opportunità di crescita per i professionisti del settore energetico, che devono unire le proprie competenze per sviluppare soluzioni integrate e sostenibili per le abitazioni e gli edifici. Questo approccio permette di massimizzare l’efficienza energetica e di contribuire alla riduzione delle emissioni di gas serra, promuovendo un futuro più sostenibile e rispettoso dell’ambiente.

Vantaggi e svantaggi dell’utilizzo della pompa di calore con l’impianto fotovoltaico

Ora voglio descriverti alcuni tra i vantaggi e gli svantaggi nell’utilizzo della pompa di calore e l’impianto fotovoltaico.

Vantaggi

  1. efficienza energetica: sfruttamento dell’energia solare al massimo, rendendo il sistema complessivamente più efficiente dal punto di vista energetico. L’energia elettrica prodotta dai pannelli solari può alimentare direttamente il funzionamento della pompa di calore, riducendo la dipendenza dalla rete elettrica tradizionale;
  2. risparmio sui costi energetici: riduzione dei costi energetici a lungo termine. L’energia solare è una fonte gratuita e rinnovabile, il che significa che una volta realizzato l’investimento iniziale per l’installazione dell’impianto fotovoltaico, i costi operativi sono notevolmente ridotti;
  3. riduzione dell’impatto ambientale: contribuito alla riduzione dell’impatto ambientale dell’edificio o dell’abitazione, poiché si diminuisce la dipendenza da fonti energetiche fossili e si riducono le emissioni di gas serra associate alla produzione di energia elettrica;
  4. autosufficienza energetica: grazie all’accumulo dell’energia solare nelle batterie, è possibile garantire un certo grado di autosufficienza energetica, specialmente durante i periodi di scarsa luminosità o durante i blackout. Questo aumenta la resilienza del sistema energetico dell’edificio.

Svantaggi

  1. costi iniziali elevati: l’installazione di un sistema combinato di pompa di calore e impianto fotovoltaico comporta costi iniziali significativi, che potrebbero rappresentare una barriera all’adozione per alcuni proprietari di abitazioni. Tuttavia, è importante considerare i vantaggi a lungo termine e i risparmi sui costi energetici nel valutare l’investimento;
  2. complessità del sistema: richiesta un’attenta progettazione e installazione, oltre a un’adeguata gestione del sistema. La complessità del sistema potrebbe richiedere competenze specializzate e potrebbe comportare costi aggiuntivi per la manutenzione e la gestione;
  3. dipendenza dalle condizioni atmosferiche: l’efficienza del sistema dipende dalle condizioni atmosferiche, in particolare dalla disponibilità di luce solare per la produzione di energia fotovoltaica. Durante periodi di scarsa luminosità o nelle giornate nuvolose, la produzione di energia potrebbe essere limitata, influenzando l’efficienza complessiva del sistema;
  4. spazio necessario: l’installazione dell’intero sistema richiede spazio sufficiente per ospitare sia pannelli solari che la pompa di calore, il che potrebbe essere un problema in caso di edifici o abitazioni con limitazioni di spazio o con esposizione solare limitata.

Come progettare e dimensionare un impianto fotovoltaico

Di seguito puoi vedere un video che ti spiega come puoi progettare e dimensionare un impianto fotovoltaico con un software per il fotovoltaico. Inoltre puoi approfondire l’argomento ed avere maggiori spunti visualizzando i tutorial dedicati agli impianti fotovoltaici.

Come dimensionare una pompa di calore

Nel seguente video puoi vedere come poter sfruttare un software per la il calcolo energetico per dimensionare una pompa di calore. Puoi avere maggiori dettagli sulle operazioni visualizzando i video tutorial per la progettazione delle pompe di calore.

 

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