Dimensionare una pompa di calore: dal fabbisogno termico alla potenza giusta
Perché la giusta potenza è determinante
Una pompa di calore da 6 kW costa meno di una da 12 kW – ma è adatta all'edificio? La risposta sta nel fabbisogno termico: esso determina quanta potenza termica necessita una casa nei giorni più freddi dell'anno.
Una pompa di calore sottodimensionata non riesce a mantenere caldi gli ambienti durante il gelo. L'integrazione elettrica si attiva – facendo lievitare i costi dell'elettricità. Una pompa di calore sovradimensionata, invece, cicla costantemente: si accende, raggiunge rapidamente la temperatura target, si spegne, si raffredda, si riaccende. Questo continuo accendi-spegni sollecita il compressore e riduce l'efficienza del 10-15%.
Questo articolo illustra tre metodi per determinare la giusta potenza: il calcolo professionale del fabbisogno termico, il metodo delle regole empiriche e la stima dal consumo energetico precedente.
Fase 1: Determinare il fabbisogno termico
Il fabbisogno termico è la potenza di riscaldamento in kilowatt che un edificio necessita alla temperatura esterna più bassa dell'anno (temperatura esterna di progetto) per mantenere la temperatura ambiente desiderata. Costituisce la base per qualsiasi dimensionamento di pompa di calore.
Il metodo di riferimento: calcolo secondo EN 12831
Il metodo più preciso è un calcolo del fabbisogno termico stanza per stanza secondo EN 12831. Per ogni locale vengono rilevate le dispersioni per trasmissione (attraverso pareti, finestre, tetto, pavimento) e le dispersioni per ventilazione. Vengono considerati anche la temperatura esterna di progetto regionale, la posizione dell'edificio e le temperature interne desiderate.
Suggerimento: Con il nostro calcolatore del fabbisogno termico gratuito potete calcolare voi stessi il fabbisogno termico del vostro edificio – stanza per stanza e secondo le norme.
Il metodo delle regole empiriche
Quando non è possibile un calcolo dettagliato, una stima approssimativa basata sulla superficie abitabile e sul tipo di edificio può essere d'aiuto:
Formula: Fabbisogno termico (kW) = Superficie abitabile (m²) × fabbisogno specifico (W/m²) ÷ 1.000
Il fabbisogno specifico dipende fortemente dallo standard di isolamento:
| Tipo di edificio | Fabbisogno specifico | Esempio 150 m² |
|---|---|---|
| Casa passiva | 10–15 W/m² | 1,5–2,3 kW |
| Nuova costruzione a basso consumo | 25–35 W/m² | 3,8–5,3 kW |
| Nuova costruzione standard | 35–45 W/m² | 5,3–6,8 kW |
| Edificio vecchio ben ristrutturato | 50–70 W/m² | 7,5–10,5 kW |
| Edificio vecchio parzialmente ristrutturato | 70–100 W/m² | 10,5–15 kW |
| Edificio vecchio non isolato | 100–150 W/m² | 15–22,5 kW |
Esempio di calcolo: Un edificio vecchio ristrutturato di 150 m² con 60 W/m² dà: 150 × 60 ÷ 1.000 = 9 kW di fabbisogno termico.
Stima dal consumo energetico
Chi conosce i precedenti costi di riscaldamento può anche ricavare il fabbisogno termico dal consumo annuale. La conversione avviene tramite le cosiddette ore di funzionamento a pieno carico – circa 2.000 ore all'anno durante le quali un impianto di riscaldamento funziona teoricamente a piena potenza.
Per il gas naturale: Fabbisogno termico (kW) = Consumo annuale (kWh) ÷ 2.000
Per il gasolio: Fabbisogno termico (kW) = Consumo annuale (litri) × 10 ÷ 2.000
Esempio gas naturale: Con 20.000 kWh di consumo di gas: 20.000 ÷ 2.000 = 10 kW di fabbisogno termico.
Esempio gasolio: Con 2.000 litri di gasolio: 2.000 × 10 ÷ 2.000 = 10 kW di fabbisogno termico.
Nota: Questo metodo fornisce solo valori indicativi. Il consumo effettivo dipende dal comportamento degli utenti e dalle condizioni meteorologiche. Un calcolo del fabbisogno termico secondo le norme è più affidabile per il dimensionamento di una pompa di calore.
Fase 2: Considerare le maggiorazioni
Il solo fabbisogno termico non è sufficiente per dimensionare una pompa di calore. Devono essere inclusi due fattori aggiuntivi: la produzione di acqua calda sanitaria e le eventuali ore di blocco del fornitore di energia.
Produzione di acqua calda sanitaria
Se la pompa di calore deve anche riscaldare l'acqua sanitaria, deve essere prevista una potenza aggiuntiva. La VDI 4645 raccomanda come regola empirica circa 0,25 kW per persona nel nucleo familiare.
| Dimensione del nucleo | Maggiorazione acqua calda |
|---|---|
| 2 persone | 0,5 kW |
| 3 persone | 0,75 kW |
| 4 persone | 1,0 kW |
| 5 persone | 1,25 kW |
Per i nuclei familiari con elevato consumo di acqua calda (bagni quotidiani, più docce contemporaneamente), la maggiorazione può essere più alta.
Ore di blocco del fornitore
Molti fornitori di energia offrono tariffe elettriche vantaggiose per le pompe di calore. In cambio, possono spegnere la pompa di calore in determinati orari – tipicamente tre volte al giorno per due ore ciascuna, per un totale di sei ore al giorno.
Durante il periodo di blocco, l'edificio deve attingere al calore accumulato. Affinché la pompa di calore produca abbastanza calore nelle restanti 18 ore, necessita di maggiore potenza.
Formula: Potenza aggiuntiva = Fabbisogno termico × (Ore di blocco ÷ 24)
Esempio di calcolo: Con 9 kW di fabbisogno termico e 6 ore di blocco: 9 × (6 ÷ 24) = 9 × 0,25 = 2,25 kW di potenza aggiuntiva.
Le pompe di calore moderne con un grande serbatoio di accumulo possono spesso compensare i periodi di blocco senza potenza aggiuntiva. Con il riscaldamento a pavimento, la massa dell'edificio stessa funge da accumulo.
Fase 3: Calcolare la potenza totale
Combinando tutti i fattori si ottiene la potenza della pompa di calore necessaria:
Potenza totale = Fabbisogno termico + Maggiorazione acqua calda + Maggiorazione blocco
Esempio pratico dettagliato
Una casa unifamiliare deve essere dotata di una pompa di calore:
| Dati dell'edificio | Valore |
|---|---|
| Superficie abitabile | 160 m² |
| Anno di costruzione, ristrutturazione | 1985, isolamento 2015 |
| Fabbisogno specifico | 55 W/m² |
| Persone nel nucleo | 4 |
| Blocco fornitore | 6 ore/giorno |
Calcolo:
| Voce | Calcolo | Risultato |
|---|---|---|
| Fabbisogno termico | 160 m² × 55 W/m² ÷ 1.000 | 8,8 kW |
| Acqua calda | 4 persone × 0,25 kW | 1,0 kW |
| Blocco | 8,8 kW × (6 ÷ 24) | 2,2 kW |
| Totale | 12,0 kW |
Una pompa di calore con potenza nominale di 10-12 kW sarebbe appropriata qui. La maggior parte dei produttori offre apparecchi in gradini di potenza come 8, 10, 12 o 14 kW.
Valori di riferimento per tipo di edificio
| Tipo di edificio | Superficie | Fabbisogno | Con maggiorazioni | PdC raccomandata |
|---|---|---|---|---|
| Casa passiva | 140 m² | 2,0 kW | 3,5 kW | 4–5 kW |
| Nuova costruzione standard | 150 m² | 6,0 kW | 8,5 kW | 8–10 kW |
| Vecchio ristrutturato | 160 m² | 8,8 kW | 12,0 kW | 10–12 kW |
| Vecchio parzialmente ristrutturato | 180 m² | 14,4 kW | 18,5 kW | 16–18 kW |
| Vecchio non isolato | 150 m² | 18,0 kW | 22,5 kW | 20–24 kW |
Errori comuni nel dimensionamento
Problema: Sovradimensionamento
Il pensiero diffuso "Meglio più potenza, così sono al sicuro" crea problemi con le pompe di calore. Una pompa di calore sovradimensionata raggiunge la temperatura target troppo velocemente e si spegne. Poco dopo, la temperatura scende, la pompa di calore riparte. Questo fenomeno chiamato cycling presenta diversi svantaggi: il compressore si usura più velocemente a causa dei frequenti avviamenti, l'efficienza cala del 10-15%, e i costi di acquisto erano inutilmente elevati.
Le moderne pompe di calore inverter possono ridurre la loro potenza, ma hanno anche una potenza minima. Se la domanda effettiva è permanentemente al di sotto di questa soglia, anche gli apparecchi inverter ciclano.
Problema: Sottodimensionamento
Una pompa di calore troppo piccola non riesce a riscaldare la casa nei giorni freddi. L'integrazione elettrica si attiva – con un COP di 1,0 invece di 3-4. Con un uso frequente dell'integrazione, i costi dell'elettricità aumentano sensibilmente e il comfort ne risente.
La regola d'oro
I progettisti esperti dimensionano le pompe di calore piuttosto strette che generose. In pochi giorni molto freddi all'anno, l'integrazione può fornire un supporto temporaneo – questo è più economico di un impianto permanentemente sovradimensionato. Per le pompe di calore inverter con gamma di modulazione del 30-100%, un dimensionamento al 90-100% del fabbisogno termico calcolato è sensato.
Conclusione
Il punto essenziale: La giusta potenza della pompa di calore risulta dal fabbisogno termico dell'edificio più le maggiorazioni per l'acqua calda sanitaria e le eventuali ore di blocco. Il fabbisogno termico può essere determinato attraverso un calcolo secondo le norme EN 12831, attraverso regole empiriche basate sulla superficie abitabile, o dal consumo energetico precedente. La cosa fondamentale è non dimensionare né troppo grande né troppo piccolo – una pompa di calore adeguata al fabbisogno termico funziona in modo più efficiente e dura più a lungo di un apparecchio sovradimensionato che cicla costantemente.
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Chi desidera verificare l'efficienza della propria pompa di calore dopo l'installazione troverà consigli pratici sulla curva di riscaldamento e sul bilanciamento idraulico nell'articolo Ottimizzazione & impostazioni. Le diverse modalità di funzionamento – monovalente, bivalente, ibrido – sono spiegate in un articolo separato.
Fonti
- EN 12831-1: Calcolo del fabbisogno termico
- VDI 4645: Pianificazione e dimensionamento di impianti di riscaldamento con pompe di calore
- VDI 4650: Calcolo del coefficiente di prestazione stagionale
- Associazione tedesca delle pompe di calore: Calcolatore fabbisogno termico
- Associazione tedesca delle pompe di calore: Calcolatore SPF
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