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Dimensionamento pompa di calore | Calcolo potenza termica nominale

    Dimensionamento pompa di calore | Calcolo potenza termica nominale

    Con un dimensionamento pompa di calore corretto nessun rischio di rimanere al freddo. Scopri come ho scelto una potenza nominale pompa di calore di soli 6 kW mentre mi era stata consigliata una potenza termica utile tra 8 e 11 kW: calcolo quanti kW per mq.

    Se desideri un foglio di calcolo dimensionamento pompa di calore, in fondo all’articolo troverai un semplice tool online per il calcolo potenza termica per riscaldamento.

    Se stai valutando l’installazione di una pompa di calore in una abitazione esistente e disponi dei dati di consumo attuali di gas, per il dimensionamento pompa di calore puoi leggere direttamente:

    Potenza nominale pompa di calore introduzione

    Senza mai rinunciare all’ausilio di un termo-tecnico, che potrebbe valutare direttamente il carico termico invernale di progetto, è possibile fare da soli una verifica di massima sulla corretta potenza nominale pompa di calore.

    Utilizzando i dati di efficienza energetica del vostro edificio, presenti ad esempio nel vostro documento di  certificazione energetica, la formula di calcolo qui proposta vi fornirà:

    Per chi volesse approfondire più in generale l’argomento dimensionamento pompa di calore potete anche guardare queste due video guide molto dettagliate:

    Corso pompe di calore: dimensionamento e progettazione
    AIST Webforum - Dimensionamento impianti con pompa di calore
    Video guida al dimensionamento pompa di calore

    Per avere maggiori dettagli sulle caratteristiche dell’involucro e degli impianti della mia casa elettrica ti consiglio di leggere Casa Elettrica Informazioni.

    Leggi anche la mia guida alla pompa di calore per termosifoni.

    Perdite termiche e dimensionamento pompa di calore

    Il sistema di riscaldamento della nostra casa, come ad esempio una pompa di calore o una caldaia, serve a compensare le perdite di energia termica dell’edificio come ben riassunto in questo schema:

    Dimensionamento pompa di calore aria acqua; dimensionare pompa di calore

    L’energia termica dispersa, da compensare con l’energia termica prodotta dalla pompa di calore o dalla caldaia per mantenere la temperatura interna costante, è proporzionale alla differenza di temperatura tra l’interno e l’esterno della nostra casa:

    E_termica_dispersa = K * (T_int – T_est)

    Conoscendo il fabbisogno termico ad una temperatura esterna di riferimento, possiamo determinare l’energia termica richiesta ad una qualsiasi temperatura mediante una semplice proporzione matematica:

    E_termica = E_termica_rif * (T_int – T_est) / (T_int – T_est_rif)

    I dati di efficienza energetica dell’edificio ci forniscono proprio come riferimento la quantità di energia termica idealmente richiesta per il riscaldamento in tutta la stagione invernale.

    Vediamo ora di applicarli per il dimensionamento pompa di calore.

    Nel cose voleste approfondire in modo accurato fate riferimento alla normativa UNI EN 12831:2006 (Impianti di riscaldamento negli edifici – Metodo di calcolo del carico termico di progetto).

    Dati località ed edificio per dimensionamento pompa di calore

    ParametroValore
    Gradi Giorno2.544 [GG]
    Temperatura esterna di progetto-5 ºC
    Superficie utile114 m²
    Fabbisogno annuo di energia termica
    Climatizzazione invernale ETH
     66 [kWh/m²anno]

    I dati di esempio, tratti dalla pagina Casa Elettrica Informazioni potete trovarli in versione completa, si riferiscono all’attestato di certificazione energetica (ACE) della mia abitazione.

    Per chiarezza vi riporto i due paragrafi con i dati che dobbiamo rilevare evidenziati in rosso:

    Vediamo il significato dei principali parametri presenti nell’attestato di certificazione energetica (ACE):

    • Il Fabbisogno annuo di energia termica per climatizzazione invernale (ETH) è l’energia termica richiesta, nel corso della stagione di riscaldamento, per la climatizzazione invernale dello specifico edificio
    • La Superficie utile è la superficie netta calpestabile degli ambienti a temperatura controllata o climatizzati dell’edificio al netto di tramezzi e muri esterni e comprensiva delle soglie delle porte e degli spazi al di sotto dei terminali di emissione.
    • I Gradi Giorno di una località sono la somma sui giorni della stagione di riscaldamento, delle differenze tra la temperatura interna (convenzionalmente di 20 ºC) e la temperatura media esterna della singola giornata
    • La Temperatura esterna di progetto rappresenta la temperatura esterna minima per una certa località alla quale il generatore di calore fornisce l’energia termica comunque sufficiente a garantire che la temperatura interna rimanga stazionaria

    E’ molto importante comprendere due aspetti:

    • i parametri specifici di una località, Gradi Giorno e temperatura di progetto, non possono essere alterati arbitrariamente in quanto sono stati definiti dalla normativa sulla base dei dati storici relativi ad una certa zona
    • le caratteristiche dell’abitazione, fabbisogno termico e superficie, sono invece quelli che caratterizzano l’edificio e variano a seconda delle sue caratteristiche

    Facendo delle simulazioni occorre quindi che questi dati siano sempre coerenti tra di loro per evitare risultati privi di senso.

    Dati relativi all’involucro

    E’ assolutamente fondamentale non confondere tra di loro i dati di:

    • fabbisogno di energia termica ETH, ovvero la quantità di calore necessaria all’abitazione
    • fabbisogno di energia primaria EPH, ovvero la quantità di energia presente nella fonte primaria che alimenta la pompa di calore (energia elettrica) o la caldaia (gas metano)

    La nuova normativa ha sostituito l’attestato di certificazione energetica (ACE) con l’attestato di prestazione energetica (APE). Il nuovo attestato, pur utilizzando principalmente dati relativi a fabbisogni di energia primaria, contiene anche l’indice di prestazione termica utile per il riscaldamento EPH,nd (che dovrebbe corrispondere all’ETH del vecchio ACE):

    Dimensionamento pompa di calore aria acqua: calcolo semplificato
    Dimensionamento pompa di calore aria acqua: calcolo semplificato

    Dati relativi alla località

    Per comodità ho preparato una tabella riassuntiva con i primi 25 comuni d’Italia per abitanti appartenenti alle fasce climatiche D ed E con i relativi dati:

    • gradi giorno
    • ore giornaliere di funzionamento del riscaldamento
    • temperatura esterna minima di progetto
    ComuneFascia
    climatica
    Gradi
    giorno
    Ore
    giornaliere
    Temperatura di
    progetto (°C)
    BergamoE2.53314-5
    BolognaE2.25914-5
    BresciaE2.41014-7
    FerraraE2.32614-5
    FirenzeD1.821120
    FoggiaD1.530120
    ForliD2.08712-5
    GenovaD1.435120
    LivornoD1.408120
    MilanoE2.40414-5
    ModenaE2.25814-5
    MonzaE2.40414-5
    PadovaE2.38314-5
    ParmaE2.50214-5
    PerugiaE2.28914-2
    PescaraD1.718122
    PratoD1.66812
    RavennaE2.22714
    Reggio nell'EmiliaE2.56014-5
    RiminiE2.13914
    RomaD1.415120
    TorinoE2.61714-8
    TriesteE2.10214-5
    VeneziaE2.34514-5
    VeronaE2.46814-5

    Orari di funzionamento del riscaldamento

    Come già indicato in precedenza, la normativa stabilisce gli orari giornalieri massimi di funzionamento del riscaldamento.

    Per evitare di rimanere al freddo pur avendo rispettato la normativa, farei comunque qualche ragionamento. Le ore di funzionamento della pompa di calore non potranno mai raggiungere le 24 a causa di due modalità funzionamento che interrompono il riscaldamento:

    • reintegro serbatoio di accumulo per la produzione di acqua calda sanitaria (ACS)
    • cicli di sbrinamento

    Nel calcolo per la mia abitazione ho assunto quale giornata peggiore 14 ore di riscaldamento, lasciando un margine di 8 ore per produzione acqua calda sanitaria, sbrinamenti e varie ed eventuali.

    Casualmente corrisponde alla normativa.

    Nulla vieta, per trovare la potenza termica utile della pompa di calore minima necessaria alla nostra abitazione, di ragionare su orari di funzionamento più lunghi (per quanto con un margine rispetto alle 24 ore per ACS e sbrinamenti).

    Dimensionamento pompa di calore

    Date le definizioni precedenti c’è una proporzionalità perfetta tra il Fabbisogno annuo di energia termica per climatizzazione invernale ed i Gradi Giorno:

    E_termica_risc_annua = ETH * Superficie = K * Gradi_Giorno

    Ricordando sempre che si considera un temperatura interna convenzionale di 20 ºC.

    Utilizzando la proporzione descritta in precedenza tra energia termica e differenza di temperatura tra interno ed esterno, possiamo facilmente calcolare il caso peggiore di energia termica per riscaldamento necessaria in una giornata con temperatura esterna media pari alla temperatura di progetto:

    E_termica_risc_giorno_progetto = E_termica_risc_annua * (20 ºC – T_Progetto) / Gradi_Giorno

    Dividendo per l’orario di funzionamento del riscaldamento otteniamo finalmente il calcolo potenza termica utile pompa di calore necessaria alla temperatura esterna di progetto:

    P_termica_progetto = ETH * Superficie * (20 ºC – T_Progetto) / Gradi_Giorno / Ore_giorno

    Proviamo a fare concretamente il calcolo con i miei dati che ricordo essere:

    Edificio

    • ETH = 66 kWh/m²anno
    • Superficie = 114 m²

    Località

    • Temperatura esterna di progetto = -5 ºC
    • Gradi Giorno = 2.544 GG
    • Orari funzionamento riscaldamento = 14 ore

    Otteniamo come dimensionamento pompa di calore:

    P_termica_progetto = 66 * 114 * (20 + 5) / 2.544 / 14 = 5,3 kW

    Semplice il dimensionamento pompa di calore no ?

    Se mi fossi spinto nel considerare un funzionamento giornaliero del riscaldamento di 19 ore, senza particolari rischi, avrei potuto arrivare ad una potenza termica utile della pompa di calore alla temperatura esterna di progetto di 3,9 kW.

    Come scegliere il modello in base alla potenza termica utile pompa di calore alla temperatura esterna di progetto

    E’ importante ribadire che quella ottenuta è la potenza termica utile nominale pompa di calore da erogare alla temperatura esterna di progetto.

    Facciamo un esempio concreto con i dati ottenuti col dimensionamento pompa di calore per la mia abitazione:

    • Temperatura esterna di progetto = -5 ºC
    • Potenza termica utile pompa di calore = 5,3 kW

    Per finalizzare l’esercizio è importante anche sapere quale sarà il tipo di terminale sarà utilizzato nell’impianto di riscaldamento, poiché posso lavorare con temperature di mandata dell’acqua molto differenti:

    • pavimento radiante: 30÷35 °C
    • ventilconvettori: 40÷45 °C
    • termosifoni in alluminio o acciaio: 55÷60 °C
    • termosifoni in ghisa: 65÷70 °C

    Per quanto sia tecnicamente assolutamente possibile, per ragioni di rendimento alle temperatura di mandata necessarie, andrei davvero cauto nell’utilizzare una moderna pompa di calore aria acqua con degli antiquati termosifoni in ghisa.

    La potenza termica utile di una pompa di calore può essere molto differente a seconda della combinazione di temperatura esterna e temperatura di mandata; prendiamo come esempio la Daikin Altherma 3 H HT 14 kW:

    Capacità termica Daikin Altherma 3 H HT da 14 kW
    Capacità termica Daikin Altherma 3 H HT da 14 kW

    Quindi per finalizzare l’esercizio del dimensionamento dobbiamo scegliere un modello di pompa di calore che abbia la potenza termica utile necessaria alla temperatura esterna di progetto con la temperatura di mandata propria del nostro impianto di riscaldamento.

    Quindi continuando col mio caso i dati di potenza termica utile per la pompa di calore candidata devono soddisfare:

    • Temperatura esterna = -5 ºC
    • Temperatura di mandata = 35 °C (pavimento radiante)
    • Potenza termica utile pompa di calore = 5,3 kW

    Prendiamo quindi a titolo illustrativo i dati nominali della potenza termica utile per riscaldamento della pompa di calore aria acqua Panasonic Aquarea Alta Connettività Generazione J:

    Potenza termica utile pompa di calore aria acqua Panasonic Aquarea Alta Connettività Generazione J
    Potenza termica utile pompa di calore aria acqua Panasonic Aquarea Alta Connettività Generazione J

    L’unità esterna Panasonic Aquarea WH-UD07JE5 assicura una potenza termica utile della pompa di calore di 6,02 kW con COP 3,07 alla temperatura esterna di -7 °C ed una mandata 35 °C.

    Passando alla pompa di calore aria acqua Mitsubishi Ecodan la scelta nella potenza termica utile per riscaldamento è molto simile a quella precedente:

    Potenza termica utile pompa di calore aria acqua Mitsubishi Ecodan
    Potenza termica utile pompa di calore aria acqua Mitsubishi Ecodan

    In questo secondo caso l’unità esterna Mitsubishi Ecodan SUZ-SWM40VA assicura una potenza termica utile della pompa di calore di 5,00 kW con COP 3,13 alla temperatura esterna di -7 °C ed una mandata 35 °C.

    Chiudiamo il giro di esempio con la potenza termica utile della pompa di calore aria acqua Ariston Nimbus Compact S Net:

    Potenza termica utile pompa di calore aria acqua Ariston Nimbus Compact S Net:
    Potenza termica utile pompa di calore aria acqua Ariston Nimbus Compact S Net:

    In questo terzo caso l’unità esterna della Ariston Nimbus Compact S Net 50 S assicura una potenza termica utile della pompa di calore di 5,0 kW con COP 3,1 alla temperatura esterna di -7 °C ed una mandata 35 °C.

    Prima di eccedere con la potenza termica utile della pompa di calore, ricordate che:

    • mi era stato suggerito di mettere una taglia di 8 / 11 kW mentre bastavano 6 KW
    • le pompe di calore hanno sempre come opzione una resistenza elettrica che funge da back-up in caso di emergenza (potete leggere Pompa di calore Daikin HPSU Compact: backup-heater)

    Dimensionamento pompa di calore online

    Per semplificare il lavoro ho creato questo modulo interattivo che esegue direttamente online il dimensionamento pompa di calore inserendo i dati descritti in precedenza:

    Leggi tutti i miei articoli sulla Pompa di calore:

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    277 commenti su “Dimensionamento pompa di calore | Calcolo potenza termica nominale”

    1. Salve, ho visto il vs esempio e il relativo calcolo che ho applicato ad una casa con lo stesso ETH e la stessa superficie con i valori della Zona di Roma ed ho ottenuto una potenza di 8,862190813 KW ben superiore alla potenza da voi calcolata e relativa ad una situazione climaticamente con temperature più basse e quindi più energivora; non è strano? Debbo pensare che la pompa di calore da installare nella zona di Roma debba essere di maggiore potenza e costi rispetto a quella da installare in nord Italia?
      Grazie.

      1. Ciao Giuseppe,

        per fare un confronto devi cambiare in modo coerente tutti i parametri standard utilizzati dalla formula.
        La risposta non dipendente dalla latitudine (che NON compare nella formula) ma bensì dalla temperatura esterna di progetto (“giorno + freddo dell’anno”) e dai gradi giorni (“estensione del periodo rigido sull’inverno”).

    2. Grazie, ho finalmente compreso dove commettevo l’errore.

      Se però ho ben capito, nel mio caso con una 9kW, avendo un fabbisogno stagionale meno distribuito e una potenza di picco più bassa dovuta alla Tmin., dovrei pormi il problema di un corretto funzionamento della pdc in tutte le “mezze stagioni”?

      Mi spiego meglio: considerando la taglia da 9 KW la mia paura è che possa fare molti on-off non permettendo alla mcchina di modulare bene, anche acquistando un prodotto di buon livello come una Panasonic. Stavo pensando a tal punto di “abbondare” leggermente con il litraggio del volano inerziale, magari considerando anche 10 o 20 litri/kW.

      Pensi sia una strategia corretta? Di base la pdc non avrebbe bisogno di un volume d’acqua tecnica così grande visti i litri d’acqua presenti di per sè nel pavimento radiante.

    3. Grazie e complimenti per l’ottima esposizione.
      Sono in fase di ristrutturazione e in procinto di sostituire la caldaia a gas con una PDC, che lavorerà a bassa temperatura accoppiata a un radiante a pavimento fresato a bassa inerzia. I dati dell’unità immobiliare sono i seguenti:
      – Zona C, GG 1.044
      – 135 mq
      – EpHnd 55kWh/mq
      – T min 2°
      – Ore funzionamento impianto 14

      Ho fatto il rapido calcolo on line che mi da una potenza di 9KW. Tutto ciò va benissimo considerando che la potenza servirà anche in periodo estivo per “alimentare” il raffrescamento sempre a pavimento accoppiato alla deumidificazione.

      Quello che davvero non comprendo è perchè se metto gli stessi dati per una casa (ipotizzando che abbia una pari metratura e EpHnd), ad esempio a Bologna, zona E , GG 2.259, Tprog. -5° mi viene fuori una potenza di neanche 6kW.

      C’è qualcosa nel Tool che mi sfugge, ma la mia è solo una curiosità tecnica: forse lo strumento tiene conto anche del fabbisogno estivo, e quindi aumentando i GG aumenta la taglia?

      Grazie mille per l’eventuale risposta.

      Giulio

      1. Ciao Giulio,

        il calcolatore online non fa altro che applicare la formula descritta nell’articolo, semplificata ma di facile utilizzo e con una buona attendibilità.

        Il tutto è basato su parametri standard relativi alle località, in particolare temperatura esterna di progetto e gradi giorni, basati su rilevazioni storiche.
        La temperatura esterna di progetto rappresenta la minima possibile storicamente (magari per pochissime ore/giorni).
        I gradi giorni invece rappresentano la “distribuzione” nel corso dell’intero inverno delle temperature esterne.

        Con la tua simulazione hai confrontato, a parità di involucro e quindi di fabbisogno termico stagionale:
        – una potenza termica di picco dovuta alla temperatura minima di progetto del 39% superiore nel secondo caso
        – un fabbisogno stagionale molto più distribuito nel secondo caso, in particolare una potenza termica media giornaliera inferiore del 53%

        Ottenendo la differenza che citavi, in apparenza controintuitiva.

        L’errore concettuale del confronto che hai fatto è assumere che il fabbisogno termico stagionale rimanga invariato.

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