climatizzazione e acs in pompa di calore

GUIDE
dell’Installatore 5
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CLIMATIZZAZIONE E ACS
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SOMMARIO
3INTRODUZIONE
5 TIPOLOGIE DI POMPE DI CALORE
8 POMPE DI CALORE ELETTRICHE:
COMPONENTI COSTRUTTIVE
10 SISTEMI MONOBLOCCO E
AD ESPANSIONE DIRETTA
12
13
14
15
Split e monoblocco
Sistema Mono-split
Sistema Multi-split
Sistema VRF
19COP
25 LE PRESTAZIONI DELLE MACCHINE
26 La norma UNI EN 14825
27 Sorgente aerotermica
29DIMENSIONAMENTO
32 PRODUZIONE DI ACS
37REFRIGERANTI
40 LA RIFORMA DELLE TARIFFE DOMESTICHE
E LA TARIFFA D1: RISPARMIO
ENERGETICO ED ECONOMICO
43INCENTIVAZIONE
L
INTRODUZIONE
e pompe di calore, in particolare
quelle elettriche, rappresentano
una soluzione impiantistica
oggi sempre più frequente anche nel
settore residenziale, sia grazie alle
elevate prestazioni energetiche che
possono garantire, sia perché - essendo
classificate dalla Direttiva RES 2009/28/
UE (attuata in Italia dal Decreto 3 marzo
2011 n. 28) come sistemi alimentati da
fonte rinnovabile - consentono di coprire
per i nuovi edifici e per le ristrutturazioni
rilevanti gli obblighi imposti dalla
legislazione vigente in termini di quota
rinnovabile nella produzione di energia
termica, frigorifera e produzione di
acqua calda sanitaria. Si assiste inoltre
ad un’evoluzione negli edifici di nuova
costruzione con proposte sempre più
frequenti di edifici completamente
“elettrici”, privi cioè di allacciamento alla
rete gas naturale in cui la climatizzazione
estiva ed invernale e la produzione
di acqua calda sanitaria sono affidate
alle pompe di calore. Su questo
tema una rilevanza fondamentale
avrà la riforma delle tariffe elettriche
domestiche, avviata da gennaio 2016,
ma a regime dal 1° gennaio 2018,
che consentirà di superare le barriere
all’entrata poste da un costo dell’energia
elettrica troppo elevato per grandi
consumatori domestici (come sono i
possessori di pompe di calore) dovute
alla struttura tariffaria progressiva in
vigore fino al 31 dicembre 2015 e ancora
parzialmente presente e all’effetto solo
limitato in termini di benefici portato
dall’introduzione da luglio 2014 della
tariffa D1 dedicata alle pompe di calore.
Oggi in Italia solo il 29% dei consumi
di energia elettrica è dovuto ad usi
termici; tale percentuale sarà destinata
inevitabilmente a crescere poiché
aumentare la penetrazione degli usi
elettrici anche per la climatizzazione
significa aumentare la sostenibilità
ambientale complessiva. Secondo
l’analisi condotta da RSE i vantaggi si
possono così riassumere:
•risparmio energetico calcolato in
termini di energia primaria utilizzata
a parità di fabbisogno (in termini
di volumi climatizzati o di acqua
calda prodotta) grazie all’utilizzo di
apparecchiature ad alta efficienza
(pompe di calore per acqua calda e/o
per climatizzazione);
•riduzione dei fabbisogni derivante
dalle maggiori possibilità di dialogo
con i contatori intelligenti e di
ricorso a soluzioni domotiche, che
aumentano la consapevolezza
e l’attenzione dei clienti nell’uso
dell’energia;
•maggiori possibilità di
autoconsumare localmente anziché
immettere in rete l’energia elettrica
autoprodotta con impianti alimentati
da fonti rinnovabili;
•maggiore ricorso anche alle fonti
rinnovabili termiche.
In un Paese come l’Italia in cui gli
installatori sono tradizionalmente
abituati ad operare nel settore
residenziale con generatori di
calore a combustione si tratta di un
passaggio anche culturale importante
che richiederà sicuramente ancora
qualche anno e che impone a tutti gli
installatori di familiarizzare sempre di
più con questa tecnologia (in particolare
con le pompe di calore elettriche).
Queste breve volume ha l’obiettivo di
descrivere la tecnologia e le sue diverse
applicazioni.
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Nebula Green è la seconda proposta offerta da Haier con gas
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Questo climatizzatore è dotato di funzione Wi-fi che consente di impostare
il climatizzatore a distanza anche durante la vostra assenza.
Il display a Led retroilluminato permette di identificare in modo semplice e
immediato le condizioni di lavoro; la rumorosità emessa (20 dB(A)) è tale da
rendere impercettibile il prodotto durante il suo funzionamento. Nebula Green
offre la possibilità di regolazione automatica del flusso d’aria e del flusso d’aria
3D che grazie al movimento sincronizzato dei deflettori verticali e orizzontali
offre una maggior distribuzione dell’aria. Inoltre l’apparecchio dispone di 4
velocità del ventilatore e del timer permette di impostare l’orario nelle 24 ore.
Nebula green è dotato di un sistema di purificazione dell’aria, che grazie al filtro
Nano-Acqua, permette di eliminare tutte le particelle quali polveri, batteri e virus
dall’aria, rendendo piacevolmente naturale l’aria all’interno dell’ambiente.
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TIPOLOGIE DI POMPE
DI CALORE
6
Tipologie di pompe di calore
U
na pompa di calore dal punto
di vista termodinamico è
una macchina termica che
attraverso un processo ciclico consente
di trasferire il calore da un sistema
a temperatura più bassa (sorgente
termica, ad esempio l’aria esterna) ad
un sistema a temperatura più elevata
(l’impianto termico).
La pompa di calore quindi permette di
“pompare” il calore da un livello termico
più basso ma non sufficiente per un
utilizzo ai fini di riscaldamento ad uno
più alto invece utile in tal senso; ciò non
può avvenire in maniera spontanea
altrimenti sarebbe violato il secondo
principio della termodinamica. Per
ottenere questo risultato è quindi
necessario compiere del lavoro o in
ogni caso spendere dell’energia in
ingresso al sistema.
FIGURA 1 - Analogia idraulica (Lazzarin, 1982)
L’analogia idraulica risulta
particolarmente efficace nello
spiegare il principio teorico che sta
alla base delle pompe di calore (Figura
1): esattamente come una pompa
assorbendo energia elettrica solleva
l’acqua dal livello del suolo h0 ad un
serbatoio ad altezza h1, una pompa
di calore grazie al lavoro meccanico
trasferisce energia termica dal sistema
a temperatura T0 e al sistema a
temperatura T1 (di seguito con T si
rappresentano temperature espresse
in gradi K, con θ le stesse temperature
espresse in °C).
Esistono diverse tipologie di pompe
di calore basate su principi di
funzionamento diversi:
• Pompe di calore a compressione di
vapore
Si tratta di pompe di calore che
utilizzano un circuito frigorifero in
cui un refrigerante evolve in un ciclo
termodinamico. Possono essere di
Tipologie di pompe di calore
due tipi:
•Elettriche (in cui cioè il
compressore è accoppiato ad un
motore elettrico), largamente le
più diffuse
•Accoppiate a motore endotermico
(in cui il compressore è
meccanicamente accoppiato
con l’albero di un motore a
combustione interna). Sono note
come Gas Heat Pump o sistemi
Total Energy. Uniscono di fatto
un cogeneratore ed una pompa
di calore in un unico prodotto. Si
tratta di sistemi meno diffusi.
•Pompe di calore ad assorbimento
Si tratta di una tecnologia molto
diversa che utilizza un processo
termochimico. Il principio su cui
si basano le pompe di calore ad
assorbimento risiede nelle proprietà
delle soluzioni formate da un fluido
frigorigeno a più alta tensione di
vapore (il soluto) ed un solvente a
tensione di vapore più bassa, che in
condizione operative si trovano in
miscela omogenea in fase liquida.
Tale principio è lo stesso su cui si
basano alcune tipologie di frigoriferi
da campeggio o presenti negli
alberghi, frigoriferi appunto ad
assorbimento. Supponiamo per
ipotesi di avere a disposizione due
recipienti collegati fra loro; da una
parte il recipiente 1 a pressione
molto bassa contente acqua,
dall’altra il recipiente 2 contenente
una miscela acqua-sale. L’acqua
tende ad evaporare producendo
un effetto frigorifero; il vapore
si trasferisce dal recipiente 1 al
recipiente 2 dove viene assorbito
7
dalla soluzione (processo di
assorbimento) con sviluppo di calore.
Ad un certo punto la soluzione sarà
sempre più ricca d’acqua e quindi
perderà sempre di più la propria
capacità di assorbire essendo
progressivamente più diluita. Se
quindi operiamo un processo
inverso, cioè scaldiamo il recipiente
2, possiamo far rievaporare una parte
dell’acqua, ri-generando la soluzione.
A questo punto per ripartire da
zero non ci resta che raffreddare il
recipiente 1 facendo condensare
parte del vapore.
Un ciclo ad assorbimento è
sostanzialmente una macchina
frigorifera, o una pompa di calore,
che utilizza questo principio
per realizzare un effetto utile in
refrigerazione o in riscaldamento.
Per far questo è necessario avere
una sorgente termica ad alta
temperatura per rigenerare la
soluzione: questa energia può
essere ottenuta da un combustibile
attraverso un bruciatore o da calore
di recupero o dal sole. Le pompe
di calore ad assorbimento oggi sul
mercato sfruttano la coppia acquaammoniaca e sono alimentate a
gas naturale o gpl. Rispetto ad un
sistema a combustione tradizionale
(caldaia) l’efficiente ottenibile è
molto superiore.
Fra le tipologie di pompa di
calore descritte quelle elettriche
rappresentano la quasi totalità delle
pompe di calore installate. Per questo
motivo di seguito si tratteranno
esclusivamente quest’ultime.
POMPE DI CALORE
ELETTRICHE:
COMPONENTI COSTRUTTIVE
Pompe di calore elettriche: componenti costruttive
U
na pompa di calore elettrica a
compressione è una macchina
termica all’interno della quale
un fluido refrigerante evolve in un ciclo
termodinamico (Figura 2), caratterizzato
da 4 trasformazioni:
•evaporazione (realizzata in un
evaporatore)
•compressione (realizzata da un
compressore, di vario tipo in
9
funzione della grandezza della
macchina installata, tipicamente di
tipo rotativo o twin rotary oppure di
tipo scroll)
•condensazione (realizzata in un
condensatore)
•laminazione (realizzata attraverso
una valvola termostatica o una
valvola di espansione elettronica)
FIGURA 2 - Ciclo termodinamico di una pompa di calore
Si tratta quindi di un ciclo frigorifero
che opera durante la stagione invernale
con effetto utile al condensatore; uno
dei grandi vantaggi della pompa di
calore, in particolare per un clima
come quello italiano, è la reversibilità
del ciclo: la stessa macchina che opera
d’inverno per il riscaldamento, grazie
ad una valvola interna (la valvola a 4
vie), può operare in raffrescamento
d’estate. Sarà sufficiente quindi
una sola macchina per l’intero ciclo
di climatizzazione annuale con
importante risparmio di ingombro.
Le pompe di calore elettriche a
compressione oggi sul mercato sono
in grado di produrre energia termica
con temperatura fino a 60 °C e possono
essere impiegate senza alcun problema
anche per la produzione di acqua calda
sanitaria accoppiate ad un sistema di
accumulo.
SISTEMI MONOBLOCCO E
AD ESPANSIONE DIRETTA
Sistemi MONOBLOCCO E ad espansione diretta 11
FIGURA 3- Schema tipico di un circuito frigorifero
Un qualsiasi circuito frigorifero anche
elementare è sempre costituito da
almeno 4 componenti fondamentali,
nei quali il refrigerante evolve in un
ciclo termodinamico:
•Evaporatore (4>1): all’interno
dell’evaporatore il refrigerante passa
dallo stato liquido allo stato vapore
(BASSA PRESSIONE); è l’elemento
che fornisce l’energia frigorifera
(l’effetto utile frigorifero) in caso di
funzionamento in raffrescamento;
in caso di funzionamento in pompa
di calore è invece lo scambiatore
che preleva l’energia termica dalla
sorgente termica esterna.
•Compressore (1>2): grazie al
compressore il refrigerante aspirato
in uscita dall’evaporatore viene
compresso aumentando pressione
e temperatura; il compressore
deve necessariamente aspirare
refrigerante allo stato vapore.
•Condensatore (2>3): all’interno
del refrigerante in uscita dal
compressore passa dallo stato vapore
a quello liquido (ALTA PRESSIONE);
in caso di funzionamento in
raffrescamento il condensatore cede
calore con l’ambiente esterno; in
caso di funzionamento in pompa
di calore invece fornisce l’energia
termica.
•Valvola di laminazione (3>4):
grazie alla valvola di laminazione
il refrigerante torna alla pressione
12 Sistemi MONOBLOCCO E ad espansione diretta Split e monoblocco
di evaporazione. È possibile così
ricominciare il ciclo termodinamico.
Sistemi split, multi-split e VRF sono
tutti sistemi ad espansione diretta
(Direct eXpansion, DX), nei quali cioè il
calore viene immesso nell’ambiente o
sottratto dall’ambiente attraverso uno
scambio diretto con l’aria dell’ambiente
stesso. Un sistema ad espansione
diretta è definito a livello normativo
(UNI EN 378) come un sistema in cui
“l’evaporatore o il condensatore di
un sistema refrigerante è a contatto
diretto con la sostanza che deve essere
raffreddata o riscaldata”. Tuttavia
si tratta di sistemi molto diversi
per caratteristiche e complessità. È
opportuno analizzare le caratteristiche
costruttive anche di un semplice
sistema mono-split al fine di aver chiari
gli elementi base costituenti un circuito
frigorifero, rendendo pertanto più
chiara anche la comprensione delle
caratteristiche di funzionamento di un
sistema più complesso come il VRF.
Split e monoblocco
FIGURA 4 - Schema di un sistema split
Dal punto di vista costruttivo le pompe
di calore elettriche possono essere di
tipo split o di monoblocco.
Una pompa di calore splittata è
costituita da due diverse unità: una
interna ed una esterna. L’unità interna
di norma contiene unicamente il
condensatore (in funzionamento
invernale) mentre l’unità esterna
costituisce il vero cuore della macchina
poiché al suo interno ci sono il
compressore, la valvola di espansione
e l’evaporatore. Le due parti sono unite
da un circuito frigorifero che passa
all’interno dell’edificio.
Una pompa di calore monoblocco
invece è costituita da un unico corpo
all’interno del quale è presente l’intero
circuito frigorifero.
Dal punto di vista del funzionamento
a carico parziale i prodotti si
differenziano fra:
•pompe di calore ON-OFF: in
questo caso la pompa di calore
opera con unico compressore
con cicli 0-100%; è chiaro che
allo scendere del carico la pompa
di calore di questo tipo soffre in
termini di prestazioni. Tuttavia
l’effetto delle perdite dovute ai cicli
di accensione e spegnimento può
essere fortemente limitato grazie ad
un adeguato contenuto d’acqua del
circuito (25-30 l/kW) con l’obiettivo
Sistemi MONOBLOCCO E ad espansione diretta Sistema Mono-split 13
di non avere mai più di 3 accensioni
all’ora; la maggioranza delle pompe
di calore monoblocco installate
oggi in Europa sono ON-OFF, solo
negli ultimi anni è presente anche
per le macchine monoblocco una
consistente offerta di prodotti con
inverter; oggi le pompe di calore
anche monoblocco possono operare
con contenuti d’acqua minimi ma
ai fini dell’efficienza energetica è
necessario in ogni caso assicurare un
contenuto d’acqua adeguato.
•pompe di calore
multicompressore: sfruttando
più compressori operanti su uno
o più circuiti frigoriferi, riescono
a seguire meglio l’andamento del
carico (funzionamento multistadio)
offrendo per altro a carico parziale
(nell’ipotesi di più compressori
per circuito frigorifero) prestazioni
energetiche superiori di quelle a
pieno carico. Di norma soluzioni di
questo tipo si trovano su pompe
di calore di potenza termica non
inferiore a 20 kW;
•pompe di calore con inverter:
grazie alla tecnologia DC inverter
le pompe di calore dotate di
inverter riescono a seguire il carico
proporzionalmente almeno fino ad
una percentuale minima (di norma
fra il 20-30%) al di sotto della quale
operano in ON-OFF. Le prestazioni
energetiche a carico parziale fino
alla soglia di parzializzazione minima
sono superiori a quelle a pieno
carico poiché una minore portata
di refrigerante sfrutta superfici
di scambio superiori. L’inverter è
generalmente sempre presente
nelle pompe di calore split. Oltre a
consentire di operare con contenuto
d’acqua anche molto limitato (per
quanto sia in ogni caso buona
cosa garantire contenuto d’acqua
elevato anche alle pompe di calore
con inverter), l’impiego di pompe di
calore ad inverter è particolarmente
indicato negli appartamenti di nuova
costruzione dove un carico termico
molto ridotto (di solito pochi kW di
potenza di progetto) comporterebbe
una forte penalizzazione per perdite
di accensione e spegnimento
in sistemi ON-OFF in ragione
comunque della taglia minima delle
pompe di calore installate.
Sistema Mono-split
Un sistema mono-split costituisce un
esempio molto semplice di circuito
frigorifero. È costituito da una unità
interna ed una unità esterna connesse
fra loro da un circuito refrigerante. Per
questo motivo è denominato “split”,
perché “splitta” quindi divide il circuito
frigorifero in due diverse unità. Si
tratta di un sistema diverso pertanto
dai sistemi “monoblocco” che invece
racchiudono in un unico involucro tutto
il circuito frigorifero senza tubazioni
di refrigerante in uscita. I sistemi
mono-split possono operare solo in
raffrescamento oppure in modalità
pompa di calore qualora l’unità sia
provvista dell’apposita valvola a 4
vie che consente l’inversione di ciclo.
14 sisTemi monoBlocco e ad espansione direTTa sisTema mulTi-spliT
Condizionatori, come pulire i filtri?
Nei condizionatori potrebbero essere presenti due tipologie di filtri attraverso cui passa l’aria e che, quindi, vanno
puliti a fondo ogni volta che si riattiva l’impianto di condizionamento. Le due tipologie di filtri sono: a carboni attivi e
antipolvere. Si possono pulire senza la necessità di richiedere l’intervento di un tecnico specialista.
I filtri a carboni attivi, che servono a trattenere pollini, batteri e odori di qualsiasi genere, vanno lavati con sapone
neutro e acqua. Mentre quelli antipolvere, riconoscibili quando viene eliminata la carrozzeria, sono costituiti da
un telaio a cui è ancorata una rete fine di fili in nylon. In alcuni casi sono gli unici filtri presenti. Anche per i filtri
antipolvere è utile un lavaggio con l’acqua e il sapone neutro. Tutti i tipi di filtri vanno messi ad asciugare, lontano da
fonti di calore eccessive, come - ad esempio - i raggi diretti del sole. Una volta asciutti, con un pennello si passa un
prodotto germicida.
Importante è anche l’unità esterna del condizionatore. Dopo aver smontato la griglia di protezione con un pennello
bisogna ritirare la polvere accumulata sulle pale. Per evitare di dover farlo ogni anno è consigliabile la copertura
dell’unità esterna del condizionatore tramite un telo durante i periodi di inutilizzo.
L’unità esterna al suo interno contiene il
compressore e la valvola di espansione
oltre ad uno scambiatore (condensatore
in funzionamento frigorifero,
evaporatore in pompa di calore nel
caso di unità invertibili) mentre l’unità
interna unicamente l’altro scambiatore
(condensatore in pompa di calore, nel
caso di unità invertibili, evaporatore
in funzionamento frigorifero). L’unità
interna è regolata normalmente da
un proprio controllo con il quale è
possibile impostare la temperatura
ambiente desiderata o far operare
l’unità in sola deumidificazione.
I compressori ormai sono quasi
sempre dotati di inverter (tecnologia
DC-inverter) con una regolazione che
consente al compressore di modulare
la portata di refrigerante in funzione
della richiesta dell’ambiente in cui sono
collocati e dei set point di temperatura
impostati. Variando infatti la portata
di refrigerante si modifica la potenza
frigorifera o termica utile scambiata con
l’aria ambiente.
Sistema Multi-split
FIGURA 5 - Sistemi multi-split (in figura
collegamento con 3 unità interne)
Un sistema Multi-Split si basa sullo
stesso principio di funzionamento
tuttavia in questo caso una unità esterna
è connessa a più unità evaporanti
interne. Si tratta di sistemi che
costituiscono una alternativa ai sistemi
idronici canalizzati per applicazioni
commerciali di piccola e media
taglia, in particolare nelle situazioni
in cui il posizionamento di canali è
poco praticabile; il sistema grazie ai
ridotti diametri delle tubazioni invece
Sistemi MONOBLOCCO E ad espansione diretta Sistema VRF 15
presenta facilità di installazione. Ogni
unità interna è collegata con apposito
circuito refrigerante. I sistemi multisplit sono particolarmente adatti ad
ambienti con carico termico omogeneo.
Generalmente ciascuna unità interna
ha un proprio termostato tuttavia
non è possibile regolare la portata di
refrigerante della singola unità ma solo
unicamente quella d’aria e la portata
di refrigerante dell’unità esterna,
nell’ipotesi che sia dotata di inverter.
Presenta pertanto dei limiti nella
capacità di regolazione specialmente in
presenza di carichi molto disomogenei
nelle diverse zone dell’edificio.
Sistema VRF
I sistemi VRF costituiscono un’evoluzione
dei sistemi multi-split, con una struttura
sicuramente più complessa ma una
capacità di servire edifici anche
molto più grandi di quelli servibili
con un sistema multi-split. Se infatti
analogamente ai sistemi multi-split
sono costituiti da una unità interna
collegata a più unità interne, grazie alle
diverse caratteristiche di regolazione a
differenza dei multi-split sono in grado
di regolare la portata di refrigerante di
ogni singola unità evaporante interna.
Il controllo è ottenuto attraverso
valvole PMV (pulse modulating valve)
le cui aperture sono determinate da
microprocessori collegati ai sensori
climatici presenti su ciascuna unità
interna; si tratta essenzialmente di
valvole di espansione elettroniche EEV
(electronic expansione valve); le unità
sono connesse attraverso una rete di
comunicazione all’unità esterna che
varia la propria portata modificando
la velocità del compressore in modo
da garantire una portata totale in
grado di soddisfare la richiesta di ogni
singola unità interna. I sistemi VRF
rispetto ai multi-split, oltre a consentire
una regolazione più fine e migliorare
l’efficienza energetica grazie ad un
controllo più complesso, riducono anche
la lunghezza complessiva delle tubazioni
di refrigerante rispetto a un sistema di
climatizzazione realizzato con multi-split.
Tipologie
I sistemi VRF possono essere di diverse
tipologie:
• Sistemi in solo raffrescamento
• Sistemi in pompa di calore
• Sistemi a recupero di calore
I sistemi VRF in pompa di calore
consentono sia di riscaldare sia di
raffrescare ma non permettono di
fornire i due servizi simultaneamente
in zone diverse dell’edificio. Le unità
interne in pompa di calore operano
come condensatori, in regime di
raffrescamento operano come
evaporatore.
Il sistema presenta una distribuzione a
due tub. Questa soluzione più semplice
si applica laddove tutti gli ambienti
serviti presentano negli stessi periodo
dell’anno necessità di riscaldamento
o raffrescamento, in assenza quindi di
situazioni in cui sia necessario gestire
la contemporaneità di carico in zone
diverse.
Nel caso invece di edifici in cui possa
essere importante poter gestire in zone
16 Sistemi MONOBLOCCO E ad espansione diretta Sistema VRF
diverse una richiesta contemporanea
di carico termico e frigorifero, il sistemi
VRF sono in grado di fornire una
soluzione tecnologica sicuramente
interessante. Oggi è sempre più
frequente specialmente in applicazioni
terziarie o commerciali dover gestire
una situazione di questo tipo perché
da una parte l’involucro edilizio è
sempre più isolato, dall’altro si registra
una tendenza all’incremento dei
carichi interni, specialmente dovuti
alla sempre maggiore penetrazione
di apparecchiature elettriche ed
elettroniche (per quanto l’incremento
di e cienza anche nell’illuminazione
compensi fortunatamente questa
tendenza). Si verifica pertanto che si
ha un anticipo dell’avvio della stagione
di raffrescamento e al contempo si
verifica per periodi prolungati oltre
la tradizionale stagione “intermedia”
una richiesta diversa di zone diverse
dell’edificio: zone esposte a SUD
o caratterizzate da apporti interni
particolarmente elevati possono
richiedere raffrescamento e al
contempo altre zone dello stesso
complesso edilizio necessitano ancora
di riscaldamento. Dal punto di vista
impiantistico è necessario per garantire
il comfort dover gestire questa duplice
esigenza pertanto è necessario
selezionare impianti adatti, fra cui i VRF
in con gurazione “recupero”.
Il principio di funzionamento
di un sistema a recupero si basa
sul fatto che nel momento in cui si
verifica una richiesta contemporanea
di riscaldamento e raffrescamento,
le unità interne in riscaldamento
fungono da condensatore e quelle
interne da evaporatore ed in questo
modo l’unità esterna deve provvedere
unicamente alla quota aggiuntiva al
fine di smaltire il necessario calore di
condensazione o prelevare il necessario
calore di evaporazione. La produzione
simultanea consente di massimizzare
il COP complessivo del sistema poiché
si ottiene un doppio e etto utile con un
consumo di energia elettrica ridotto. La
prestazione massima si ottiene quando
l’energia termica in riscaldamento
è pari esattamente all’energia di
condensazione corrispondente
all’energia prelevata dall’ambiente dagli
evaporatori. Si tratta di una condizione
in realtà poco frequente nell’esercizio
dell’impianto tuttavia anche qualora il
bilanciamento termodinamico
•non sia perfetto si ottiene in ogni
caso un risparmio energetico.
Nel corso degli anni sono state
sviluppate dai diversi produttori
ulteriori soluzioni al fine di poter
sfruttare al meglio il calore di
condensazione con l’introduzione
dei cosiddetti moduli idronici
destinati alla produzione di acqua
calda da destinare al riscaldamento
ambientale.
sisTemi monoBlocco e ad espansione direTTa sisTema vrF 17
FIGURA 6 - Schema funzionale di un impianto VRF (Bathia A., 2011)
FIGURA 7 - Controllo ottimale della temperatura nel circuito frigo lato interno
NUOVI SISTEMI A FLUSSO
VARIABILE DI REFRIGERANTE
La nuova gamma di unità esterne VRF, MRV
IV C, è composta da nove moduli singoli con
potenze da 22,4 a 68 KW. La composizione dei
vari moduli, massimo tre, permette di ottenere
204 kW su un unico circuito frigo. I compressori
scroll della giapponese Mitsubishi Electric,
presenti in questi sistemi, utilizzano la tecnologia
“FULL DC INVERTER” e quindi non possiedono
nessun compressore a velocità fissa ON/OFF.
Questa tecnologia permette elevati valori di EER/
COP soprattutto ai carichi parziali, che porta
di conseguenza ad elevati valori stagionali di
SEER e SCOP. I valori di COP sono superiori
a 3,9 w/w in tutte le configurazioni, quindi soddisfano i requisiti per le varie
incentivazioni statali. I ventilatori utilizzati, prodotti dalla giapponese NIDEC,
utilizzano tecnologia “DC Inverter”. Ogni modulo MRV IVC utilizza due ventilatori
con pale a profilo seghettato per ridurre il rumore prodotto dal flusso dell’aria.
Cosa si intende per compressore scroll?
Un compressore scroll è costituito da 2 spirali ad evolvente (dette anche spirali di
Archimede) di cui una fissa a telaio e l’altra orbitante in posizione eccentrica rispetto
alla prima. Le spirali sono sistemate l’una dentro l’altra in modo tale da formare
durante il moto una serie di sacche a forma di falce fra i due elementi. Il profilo
delle due spirali consente alla spirale mobile di orbitare senza attrito sulla spirale
fissa. Le sacche tra le due spirali vengono dirette verso il centro delle due spirali e Fasi di funzionamento nella
compressione del fluido;
nel contempo il loro volume si riduce progressivamente; raggiunto il centro della
in senso orario si nota il
di compressione
spirale, il fluido costretto in un piccolo volume, ha acquistato la pressione necessaria processo
del refrigerante (in azzurro)
per essere scaricato attraverso la luce centrale. Elemento molto importante,
come si può evincere dalla Figura, sono la quasi continuità e l’uniformità del processo di compressione,
poiché viene compresso simultaneamente il uido in tutte le diverse sacche formatesi nel movimento.
Mentre al centro parte del fluido sta per essere scaricato comincia infatti il processo di compressione
per il fluido appena aspirato e nelle altre sacche è presente fluido a stadi intermedi di pressione.
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COP
20 cop
L’
equazione del primo principio
della termodinamica relativa
ad una pompa di calore è
la seguente, espressa in termini di
potenza:
La potenza termica utile Pt è la somma
della potenza prelevata dalla sorgente
termica Psorg e della potenza elettrica
Pel assorbita dal compressore.
La prestazione energetica di una
pompa di calore è rappresentata dal
COP (Coefficient of Performance) che è
il rapporto fra la potenza termica utile
Pt e la potenza elettrica Pel necessaria
per produrla.
FIGURA 8 - Esempio di bilancio di potenza di una
pompa di calore con COP = 4
In Figura 8 è riportato un esempio di
bilancio di potenza di una pompa di
calore, nell’ipotesi che il COP sia pari a 4.
Come si può notare per ottenere 10 kW
di potenza termica utile all’impianto in
questo caso si prelevano da rete elettrica
2.5 kW e la restante potenza termica
proviene dalla sorgente termica esterna.
Se tale sorgente è naturale (aerotermica,
idrotermica o geotermica) è proprio
la potenza prelevata dalla sorgente
Psorg ad essere di fatto il contributo
rinnovabile fornito dalla pompa di calore
(il concetto è semplificato, in realtà il
calcolo è più articolato ed è presente
un limite minimo di COP affinché il
contributo rinnovabile sia non nullo).
In accordo con il secondo principio
della termodinamica se si considera
una pompa di calore ideale funzionante
secondo il ciclo teorico di Carnot, il COP
(detto appunto COP di Carnot COPC)
dipende unicamente dalla temperature
assolute (espresse quindi in gradi
Kelvin) T1 e T0:
(3)
Se si rappresenta in forma grafica il
COPC per diversi valori di temperatura
T1 e al variare della temperatura della
sorgente T0, è possibile evidenziare
come vi sia una rilevante sensibilità
delle prestazioni energetiche delle
pompe di calore alle temperature
massima e minima del ciclo o, più
sinteticamente, all’incremento di
temperatura che la pompa di calore
garantisce rispetto alla sorgente fredda.
Tanto più sono vicine le temperature
T1 e T0, tanto più elevate sono le
prestazioni energetiche della pompa
di calore. Data una sorgente, appare
evidente dal grafico di Figura 2, che più
bassa è la temperatura T1 più elevato è
il COP di Carnot.
FIGURA 9 - COP di Carnot in funzione di diversi valori
di θ1 al variare della temperatura della sorgente θ0
cop 21
COP e temperatura
Il COP è fortemente influenzato dalla differenza di temperature tra sorgente e pozzo. Nella pratica accade che al
diminuire della temperatura della sorgente (tipicamente aria esterna) e all’aumentare della temperatura del pozzo
(tipicamente il fluido vettore dell’impianto) il COP diminuisca in maniera significativa, così come la resa termica, cioè
la potenza che la macchina è in grado di fornire al condensatore. Questa è la ragione per cui è di usa l’opinione che
le pompe di calore funzionino male nei climi troppo rigidi o con impianti a medio-alta temperatura. Se da un lato
l’influenza della differenza di temperatura è sancita in maniera incontrovertibile dalla termodinamica, si vedrà in
seguito come queste considerazioni debbano essere approfondite e contestualizzate a livello numerico, con l’analisi
delle prestazioni di macchine reali e con il calcolo delle prestazioni stagionali.
Le macchine reali in realtà sia per la
natura del ciclo termodinamico che
le caratterizza sia per le irreversibilità
tipiche delle trasformazioni
termodinamiche reali presentano
prestazioni naturalmente inferiori.
La pompa di calore rappresenta
una tecnologia efficiente e in grado
di garantire importanti risparmi
energetici, è necessario però capire
quali siano le prestazioni energetiche
di una pompa di calore reale rispetto
a quelle di una macchina ideale. Una
macchina reale presenta un COP
ovviamente inferiore rispetto al COP
di Carnot, ma stimabile a partire
dallo stesso attraverso un fattore di
irreversibilità fc caratteristico: il COP
reale è in prima approssimazione di
poco inferiore alla metà del COP di
Carnot.
Questo semplice approccio consente
di stimare a partire dalla conoscenza
della temperatura dell’impianto e della
sorgente le prestazioni di una pompa
di calore reale operante fra i due livelli
termici.
Se ad esempio si considera una
sorgente termica (ad esempio
aria esterna a 0 °C) con impianto a
ventilconvettori (temperatura media
del fluido 45 °C), il COP di Carnot è di
poco superiore a 7; una macchina reale
che opera fra le stesse temperature avrà
prestazioni pari circa a 2.8-3.4
Se si passa da un impianto a
ventilconvettori ad un sistema a
pavimento radiante (per ipotesi
temperatura media del fluido lato
impianto 35 °C), il COP di Carnot è pari
a 8.8; una macchina reale che opera fra
le stesse temperature avrà prestazioni
pari circa a 3.5-4. La semplice
modifica del sistema di emissione
da ventilconvettori a pavimento
radiante consente un incremento delle
prestazioni del 25%.
Appare evidente quindi che utilizzare
il sistema di emissione a più bassa
temperatura possibile consente di
elevare le prestazioni di riscaldamento
ottimizzando l’applicazione in pompa
di calore.
È importante ricordare quando si opera
con le pompe di calore quindi che
anche guadagnare un solo grado di
temperatura - riducendo la differenza di
temperatura fra la mandata all’impianto
e la sorgente termica - consente di
ridurre i consumi di energia elettrica
22 COP 
del 2-2.5%. Progettisti ed installatori
quindi devono attentamente tenere
in considerazione questo aspetto,
compatibilmente con la tipologia di
impianto su cui opera la pompa di
calore adottando tutti gli accorgimenti
per massimizzare la prestazione
energetica stagionale.
Etichetta energetica di pompe di calore aria-aria
Dall’inizio del 2013 è in vigore il
regolamento europeo 206/2012 che
definisce le nuove prestazioni energetiche
per le macchine di climatizzazione ariaaria fino a 12 kW e per i ventilatori con
assorbimenti fino a 125W. Obiettivo
dell’etichetta energetica è quello di
fornire delle informazioni più complete ai
consumatori circa i consumi delle macchine
utilizzate ed i loro livelli di rumorosità che
devono rispettare nuovi limiti.
Misurazione delle prestazioni
in condizioni reali
Poichè la metodologia utilizzata fino al 2013 –
efficienza nominale (EER e COP) – comportava
una differenza notevole tra le prestazioni
previste e quelle reali, è stato sviluppato un
metodo più accurato: quello dell’efficienza
stagionale (SEER e SCOP), in determinate
condizioni di temperatura e umidità
dell’aria. Tra i cambiamenti più significativi:
l’introduzione di diverse temperature nominali
per il raffrescamento e il riscaldamento, la
possibilità di utilizzo dell’energia sia a carico
parziale che a pieno carico e l’alimentazione
utilizzata nelle modalità alternative e standby.
L’efficienza stagionale mostra il grado di
efficienza reale di un climatizzatore che
funziona nell’arco di un’intera stagione in
raffrescamento o riscaldamento.
Etichetta energetica in vigore
dal 1° gennaio 2013
Il passaggio al concetto di efficienza
stagionale comporta la definizione di
COP 23
un’etichetta energetica completamente
nuova che riporta la classe energetica in
base ai valori di SEER e SCOP e le principali
caratteristiche del prodotto, quali classi
energetiche in raffrescamento e in
riscaldamento e rumorosità (potenza sonora)
delle unità interne ed esterne. L’efficienza
energetica in riscaldamento è presentata
con tre differenti valori in base alla fascia
climatica in cui viene installato il prodotto,
ma il produttore è obbligato a indicare solo
i valori relativi al Clima Temperato, mentre
quelli delle altre due fasce climatiche sono
facoltativi. Va tenuto presente che la classe
energetica riportata nella nuova etichetta,
essendo basata su nuovi parametri, non può
assolutamente essere paragonata alla classe
energetica riportata sulla vecchia etichetta.
26 settembre 2015, introdotta
l’etichetta per le pompe di calore
Ricordiamo inoltre che il 26 settembre 2015
sono entrati in vigore i Regolamenti ERP
n. 811/2013 e 813/2013 relativi ai requisiti
minimi di efficienza e all’etichettatura
energetica per caldaie e pompe di calore aria/
acqua e acqua/acqua. In particolare, per le
pompe di calore sono disponibili due etichette
in base alla tipologia di applicazione: bassa
temperatura o media temperatura.
Le novità più importanti introdotte sono:
• suddivisione tra applicazioni a media e
bassa temperatura;
• calcolo efficienza energetica in modalità
riscaldamento (rendimento);
• classi energetiche (A++; G);
• dichiarazione dati di potenza sonora;
• capacità termica della pompa di calore in
base alle zona climatiche.
Pompe di calore a bassa temperatura
Le classi di efficienza stagionale energetica
stagionale del riscaldamento d’ambiente di una
pompa di calore a bassa temperatura e di un
apparecchio per il riscaldamento d’ambiente
a pompa di calore per un’applicazione a bassa
temperatura sono determinate sulla base della
rispettiva efficienza energetica stagionale del
riscaldamento d’ambiente, quale indicata nella
tabella sottostante.
Regolamento n. 812/2013 - Classi di efficienza energetica stagionale del riscaldamento d’ambiente
delle pompe di calore a bassa temperatura e degli apparecchi per il riscaldamento d’ambiente a
pompa di calore per applicazioni a bassa temperatura
24 cop
Per non pregiudicare il COP…
• Nelle applicazioni residenziali bisogna fare attenzione a gestire correttamente i
termoarredi nei bagni: sono spesso presenti su richiesta dei clienti, tuttavia con impianti a
bassa temperatura (es. radianti) non bisogna assolutamente produrre acqua calda ad alta
temperatura con la pompa di calore unicamente per alimentarli. Se si adotta questa scelta
si compromette il COP di tutto l’impianto unicamente per servire un’utenza marginale. È
preferibile adottare radiatori ibridi o elettrici o al limite alimentare il termoarredo a bassa
temperatura;
• è molto importante applicare una regolazione climatica (sonda esterna di temperatura
che agisce modificando la temperatura di mandata): quest’ultima deve operare
direttamente sulla temperatura di mandata della pompa di calore al fine di guadagnare
punti percentuali di efficienza quando possibile;
• se possibile progettare i terminali (ventilconvettori ad esempio) e le batterie delle UTA
servite dalla pompa di calore dimensionate per temperature di mandata più basse.
Analoghe considerazioni si possono fare per le pompe di calore che operano anche in ciclo
frigorifero (macchine cosiddette reversibili); in questo caso le prestazioni prendono il nome
di EER, rapporto fra la potenza frigorifera utile e potenza elettrica assorbita.
LE PRESTAZIONI
DELLE MACCHINE
26 Le prestazioni delle macchine La norma UNI EN 14825
I
dati di prestazione delle pompe
di calore (COP ed EER) sono forniti
dai costruttori in riferimento a
specifici punti di lavoro, identificati
dalla temperatura di mandata lato
impianto e dalla temperatura di
ingresso lato sorgente. I punti sono
specificati dalla norma UNI EN 14511.
Come chiaramente è emerso da
quanto descritto in precedenza, i dati
devono essere valutati in relazione alle
temperature indicate e non si tratta
di dati utili per valutare i consumi
stagionali. Nel caso ad esempio delle
pompe di calore aria-acqua, si riportano
nei data sheet commerciali i valori di
COP con riferimento al punto A7W35
(temperatura aria esterna a bulbo
secco 7 °C e temperatura di mandata
35 °C), condizione tutt’altro che
rappresentativa della media stagionale
in un clima come quello italiano
(specialmente al nord).
La norma UNI EN 14825
Le prestazioni energetiche puntuali
a pieno carico non sono tuttavia
sufficienti per una valutazione delle
caratteristiche dei prodotti e per un
confronto fra una pompa di calore ed
un’altra; ad esempio, una macchina
installata all’interno di un edificio
opererà a pieno carico soltanto per
poche ore all’anno, funzionando
invece a carico parziale per gran parte
della stagione. È quindi essenziale
avere uno strumento per valutare,
già sulla base dei dati tecnici del
produttore, il comportamento di
una pompa di calore con fattore di
carico non unitario. Ancora più utile
è avere a disposizione un’indicazione
standard per valutare le prestazioni
energetiche stagionali a date condizioni
climatiche di riferimento, sicuramente
più rappresentativa dell’efficienza
energetica potenzialmente ottenibile
in opera. A questo scopo è stata
sviluppata la norma UNI EN 14825
che attraverso la combinazione di
risultati di prove sperimentali introduce
due coefficienti denominati SCOP
(Seasonal COP) e SEER (Seasonal
EER) che rappresentano una stima
delle prestazioni stagionali delle
pompe di calore sulla base di prove in
laboratorio definite. Le condizioni di
prova riproducono 3 diverse situazioni
climatiche: la norma definisce una
media pesata, in base alle ore annuali
di ogni °C con riferimento a Strasburgo
(clima medio europeo, denominato “A”,
da Average), di tutti gli EER da 17 °C a
40 °C e di tutti i COP da -10 °C a + 16 °C,
per un clima “caldo” (Atene, denominato
“W”, da Warm) e uno “freddo” (Helsinki,
denominato “C”, da Cold). I valori di
SCOP sono impiegati come riferimento
per l’etichettatura energetica delle
pompe di calore. Se quindi si vuole
confrontare una pompa di calore con
un’altra sicuramente il dato di targa più
interessante da considerare è proprio
l’SCOP. Tuttavia è un dato che dipende
dalla pompa di calore e non dalla
specifica applicazione nella quale essa
viene utilizzata. Allo scopo di calcolare
la prestazione energetica media relativa
ad una pompa di calore in un dato
Le prestazioni delle macchine Sorgente aerotermica 27
edificio è necessario determinare il
cosiddetto Seasonal Performance Factor
(SPF), la prestazione media stagionale,
che tiene conto della variazione della
temperatura della sorgente nel corso
della stagione di riscaldamento, delle
perdite dovute a cicli di accensione
e spegnimento, dei consumi elettrici
degli ausiliari (es. ventilatori o pompe di
circolazione).
Si tratta del rapporto fra tutta l’energia
termica prodotta e tutta l’energia
elettrica consumata per produrla in
un anno di funzionamento. I consumi
elettrici in questo caso comprendono
anche tutta l’energia elettrica assorbita
dagli ausiliari elettrici (pompaggi)
necessari a scambiare calore con la
sorgente termica.
Tale valore non è di semplice
determinazione, le modalità di calcolo
sono definite dalla UNI TS 11300-4. La
cosa più interessante è naturalmente
misurare a consuntivo questo valore.
Sorgente aerotermica
L’efficienza energetica di una pompa di
calore è, come si è visto, strettamente
correlata con le temperature sia della
sorgente sia del serbatoio termico.
Tanto più vicini sono i due livelli di
temperatura tanto più elevato sarà
il valore massimo teorico ottenibile
e, di conseguenza, anche il valore
reale del COP. Ecco perché è così
importante da un lato accoppiare le
pompe di calore con un impianto a
bassa temperatura e dall’altro ricercare
la sorgente termica disponibile alla
temperatura più elevata. La sorgente
termica più semplice da impiegare e
potenzialmente sempre disponibile
è l’aria esterna. Le pompe di calore
ad aria hanno fatto senza dubbio
molti progressi negli ultimi anni e
consentono efficienze energetiche
stagionali molto elevate, specialmente
nei climi temperati. Tuttavia l’aria
esterna è una sorgente che presenta
alcuni limiti:
•al decrescere della temperatura
dell’aria esterna aumenta il carico
termico dell’edifico e, al contempo,
diminuiscono sia il COP sia la
capacità della pompa di calore
nel caso delle pompe di calore a
compressione; ciò è dovuto alla
diminuzione di densità del fluido
frigorigeno in aspirazione che
comporta una riduzione della
portata di massa elaborata dal
compressore (si veda in questo senso
quanto descritto nel paragrafo sul
dimensionamento);
•per temperature intorno agli 0 °C e
con umidità relativa elevata (fatto
tipico ad esempio del clima della
Pianura Padana) l’aria, scambiando
all’evaporatore, raggiunge le
condizioni di saturazione con
separazione di condensa; essendo
l’evaporatore ad una temperatura
inferiore di qualche grado rispetto
a quella dell’aria con cui sta
scambiando, la sua superficie si
trova a temperatura inferiore a 0
°C con conseguente solidificazione
dell’acqua condensata e formazione
di brina; tale brina tende a ridurre la
sezione di passaggio ostacolando lo
28 Le prestazioni delle macchine Sorgente aerotermica
scambio termico. Di conseguenza è
necessario prevederne la rimozione
con tecniche che hanno come
conseguenza consumi energetici
incrementali e problematiche
di benessere per l’eventuale
interruzione del funzionamento
(inversione di ciclo o by-pass dei
gas caldi). In climi particolarmente
umidi d’inverno (come ad esempio
quello della Pianura Padana) è molto
importante selezionare pompe di
calore con caratteristiche tecniche
adatte a ridurre l’impatto dei cicli
di sbrinamento sulle performance
energetiche, grazie a batterie
aria-acqua esterna dimensionate
con passo aletta più largo e con
maggiore superficie di scambio;
•la movimentazione dell’aria
attraverso ventilatori è generalmente
rumorosa ed inoltre più costosa
dal punto di vista energetico della
circolazione di un liquido;
•le unità installate all’esterno risultano
antiestetiche.
DIMENSIONAMENTO
30 Dimensionamento 
I
l dimensionamento della pompa
di calore a servizio di un edificio
è delicato, poiché a differenza di
quanto avviene per i generatori di
calore a combustione la pompa di
calore presenta una potenza termica
variabile al variare della temperatura
della sorgente termica esterna.
La diminuzione della temperatura
della sorgente provoca infatti
una diminuzione della pressione
di evaporazione che ha come
conseguenza la diminuzione della
portata di massa elaborata dal
compressore e, di conseguenza, della
potenza termica utile erogata. Se da
un lato quindi la potenza termica
della pompa di calore diminuisce al
diminuire della temperatura al contrario
la potenza termica richiesta dall’edificio
invece aumenta.
Diventa quindi critico dimensionare
correttamente la pompa di calore in
funzione della configurazione scelta.
Gli impianti con pompa di calore
vengono classificati in due diverse
categorie:
•sistemi monovalenti: copertura
effettuata al 100% dalla pompa di
calore; in questo caso è essenziale
dimensionare la pompa di calore
sulla potenza di progetto in modo
da soddisfare la richiesta dell’edificio
nelle condizioni peggiori;
•sistemi bivalenti: la pompa di
calore non copre il 100% del carico
e necessita dell’intervento di un
sistema di generazione integrativo. I
due sistemi bivalenti possibili sono:
•sistema monoenergetico:
integrazione con stesso vettore
energetico (es. pompa di calore +
resistenza elettrica);
•sistema bienergetico:
integrazione con diverso vettore
energetico (es. pompa di calore +
caldaia). È il caso ad esempio delle
pompe di calore ibride.
Nel caso di sistemi con pompa di calore
unico generatore bisogna fare molta
attenzione a selezionare la pompa di
calore corretta: spesso infatti una pompa
di calore ad aria è targata con riferimento
alla potenza termica prodotta a 7 °C,
non in condizioni di progetto. Come
si vede in Figura 10, se si dovesse
dimensionare una pompa di calore per
l’edificio rappresentato che presenta
un carico di progetto di 10 kW a -5 °C di
temperatura aria esterna non andrebbe
bene la pompa di calore selezionata che
produce 10 kW a 7 °C. Da 0°C in giù di
temperatura dell’aria esterna la pompa di
calore non ce la farebbe richiedendo un
sistema ausiliario.
La temperatura della sorgente termica
alla quale una pompa di calore produce
esattamente la potenza richiesta
dall’edificio è denominata “temperatura
bivalente”. Al di sotto di questa serve un
generatore ad integrazione (resistenza
elettrica o caldaia) che in funzione delle
modalità operative scelte (in questo caso
il sistema deve essere bivalente) può:
•operare assieme alla pompa di
calore;
•operare al posto della pompa di
calore; ciò avviene quando a livello di
regolazione si imposta la cosiddetta
temperatura di “cut-off”, parametro
di regolazione che consente di
scegliere i generatori da far operare
sulla base di valutazioni tecniche ed
economiche fatte dal progettista.
dimensionamenTo 31
Al di sotto di una certa temperatura,
detta temperatura limite TOL, la
pompa di calore non è più in grado
di funzionare; oggi tale limite ha
raggiunto valori di temperatura aria
esterna molto bassi (fino a -20 °C).
I parametri sono rappresentati in Figura
11 dove con la denominazione CR si
intende il fattore di carico (rapporto
fra la richiesta termica dell’edificio e
potenza termica erogabile a pieno
carico dalla pompa di calore).
FIGURA 10 - Andamento del carico dell’edificio (curva in nero) e della
potenza termica erogata dalla pompa di calore (curva rossa)
FIGURA 11 - Curva di dimensionamento generica di una pompa di calore in funzione della temperatura della sorgente
Nella zona con CR<1 la pompa di calore
opera a carico parziale. È molto importante
che una pompa di calore non sia
sovradimensionata rispetto alla richiesta di
progetto per assicurare un ridotto impatto
dei cicli di accensione e spegnimento.
Come già descritto in precedenza, la
presenza dell’inverter aiuta ad ottimizzare
le prestazioni energetiche che in ogni caso
possono essere molto buone anche con
pompa di calore ON-OFF a condizione che
vi sia un adeguato accumulo inerziale.
SCALDACQUA A
Caratteristiche e funzioni
MAGGIORE ACQUA CALDA SANITARIA
La serpentina ausiliare posta sul fondo garantisce maggior produzione di acqua calda sanitaria.
GESTIONE CARICHI DI POTENZA
Al raggiungimento del carico massimo di potenza la pompa di calore si spegne per
ridurre i costi.
SERPENTINA AUSILIARIA EXTRA (solo per modello HP250CM2)
Grazie alla Serpentina ausiliaria extra può sfruttare contemporaneamente il
calore dell’aria e quello del sole permette l’integrazione dell’impianto con
pannello solare. Il modello CM2 può essere integrato alla caldaia.
AUTO
La pompa di calore lavora in priorità ed il riscaldatore elettrico lavoro in
backup per produrre acqua calda alla temperatura preimpostata.
ECO
La pompa di calore funziona in modalità risparmio energetico per ridurre i costi.
BOOST
La pompa di calore ed il riscaldatore elettrico lavorano contemporaneamente
per produrre acqua calda sanitaria il più velocemente possibile.
FUNZIONE VACANZA
La pompa di calore smette di lavorare durante il periodo della vacanza e ritorna in
MODALITÀ AUTO preparando acqua calda un giorno prima dal rientro delle ferie.
interne tramite un semplice cavo tripolare non schermato. Naturalmente il tutto funziona se vengono rispettate le distanze massime per ogni tratta di nelle specifiche del costruttore. Visita il canale You tube di Haier e scopri il video del sistema MaxiSplit! POMPA DI CALORE
Per maggiori informaz
La nuova linea Scaldacqua a Pompa di calore di Haier è nata pensando
Scaldacqua a Pompa di calore di Haier al risparmio
energetico delle famiglie. A differenza di uno scaldabagno
tradizionale, gli scadalcqua a pompa di calore forniscono acqua calda
grazie al La nuova linea Scaldacqua a Pompa di calore di Haier è nata pensando al risparmio energetico
calore presente nell’aria risparmiando così sulla bolletta della luce.
A differenza di uno scaldabagno tradizionale, gli scadalcqua a pompa di calore forniscono acq
L’energiapresente nell’aria risparmiando così sulla bolletta della luce. elettrica utilizzata dal sistema è soltanto quella necessaria per il
funzionamento
del ventilatore che cattura l’aria presente nell’ambiente.
L’energia elettrica utilizzata dal sistema è soltanto quella necessaria per il funzionamento del l'aria presente nell’ambiente. Come funziona?
Per comprendere il concetto della pompa di calore sarà sufficiente
immaginare
Come funziona? un frigorifero che lavora produce calore. Mentre unPer comprendere il concetto della pompa di c
frigorifero rimuove il calore
immaginare un frigorifero che lavora produce
da una scatola chiusa e lo espelle nell’ambiente circostante,
una pompa di
frigorifero rimuove il calore da una scatola ch
calore prende il calore dall’aria e la trasferisce all’acqua
in un serbatoio chiuso.
nell’ambiente circostante, una pompa di calo
dall'aria e la trasferisce all’acqua in un serbat
Gamma HPWH
La gamma M2 e CM2 sono disponibili nella versione
a pavimento
da 200l e 250l, con la possibilità di canalizzare l’aria
di ingresso
e di uscita a seconda delle diverse modalità di installazione.
Gamma Haier HPWH La gamma M2 e CM2 sono disponibili nella versione a pavimento da 200l e 250l, con la possib
di ingresso e di uscita a seconda delle diverse modalità di installazione. HP200M2 Modello HP250M2 HP250CM2 200L • 250L • • Collegamento Canalizzato • • Collegamento Solare/Gas Funzioni • 5 5 .
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PRODUZIONE DI ACS
Produzione di ACS 35
L
a produzione di acqua calda
Le strategie possibili sono di fatto 3:
1.produzione con la stessa pompa
sanitaria con pompe di calore
deve necessariamente essere
di calore dell’impianto di
realizzata attraverso un accumulo
riscaldamento:
opportunamente dimensionato.
a. produzione su boiler di acqua
L’accumulo se di acqua calda sanitaria
calda sanitaria con scambiatore
immerso; tale sistema “classico”
deve saper garantire la copertura del
fabbisogno giornaliero (tipicamente 50
prevede un accumulo di acqua
calda sanitaria scaldato attraverso
l/persona, ma va verificata la presenza
di particolari utenze come vasche
un serpentino immerso. La
Introduzione
all’installazione
idromassaggio
ecc. che possono
principale criticità è rappresentata
aumentarne
il valore).
proprio dal dimensionamento in
Posizioni
suggerite
Garage o lavanderia (senza condotti aspirazione/mandata aria):
- Stanza non riscaldata.
- Luogo che permetta lo smaltimento dell’energia rilasciata dal motore
del vostro veicolo quando viene spento dopo l’uso o prodotta da apparecchi
elettrodomestici in funzione nello stesso locale.
Lavanderia (con condotto mandata aria):
- Stanza non riscaldata.
- Luogo che permetta lo smaltimento dell’energia rilasciata dal motore
del vostro veicolo quando viene spento dopo l’uso o prodotta da apparecchi
elettrodomestici in funzione nello stesso locale.
- Regolare la velocità del ventilatore (parametro FS pag.26) facendo riferimento al
manuale d’installazione.
Italiano
Stanza di abitazione o luogo esterno (con condotti aspirazione/mandata aria):
- Luogo che possa essere riscaldato liberamente da altri apparecchi.
- In caso di temperatura esterne basse con il condotto di aspirazione aria, può
portare ad un consumo maggiore di energia elettrica.
- Regolare la velocità del ventilatore (parametro FS pag.26) facendo riferimento al
manuale d’installazione.
15
FIGURA 12 - Introduzione all'installazione. Posizioni suggerite
36 Produzione di ACS 
termini di superficie di scambio
scambiatore può essere un ge
neroso serpentino di scambio
di questo scambiatore, che
deve essere idonea per il ridotto
oppure uno scambiatore a
piastre esterno. Il vantaggio
salto termico caratteristico
delle pompe di calore. Questo
è non aver alcun problema
sistema che consente anche di
di legionellosi, lo svantaggio
è l’incremento dei volumi di
minimizzare la temperatura di
produzione dell’acqua calda
accumulo a parità di condizioni e
una temperatura di produzione
sanitaria (e quindi il COP) oltre che
minimizzare i volumi di accumulo;
tendenzialmente superiore. In
questo caso infatti si accumula
la criticità è legata alla necessità
di gestire i trattamenti antil’energia data dalla differenza
Introduzione
di temperatura fra l’acqua di
legionella. all’installazione
accumulo e la temperatura di
b. Produzione semirapida con
Illustrazione dell’installazione delle tubazioni
accumulo tecnico inerziale e
uscita dell’acqua calda destinata
alle utenze (almeno 42 °C).
scambiatore “istantaneo”: lo
Modalità 1 dell’installazione:
Valvola termostatica
Valv. non
ritorno
230V
50Hz
Uscita
acqua
calda
Scarico
acqua di
condensa
Ridutt. di Valvola
pressione manuale
Carico acqua
Valvola di
Sicurezza/scarico termico
Valv. non
ritorno
Scarico
Note:
1. Riduttore di pressione, valvola termostatica, valvola manuale e valvola di non ritorno non
sono compresi nella lista degli accessori forniti dal costruttore.
Si prega di scegliere gli accessori idonei a secondo delle situazioni.
2. Quando la pressione dell’acqua di carico è superiore a 0,6MPa, è necessario installare un
riduttore di pressione a monte dell’apparecchiatura.
Italiano
FIGURA 13 - Introduzione all'installazione. Illustrazione dell’installazione delle tubazioni
Produzione di ACS 37
2.Pompa di calore dedicata alla
produzione di acqua calda
sanitaria: si tratta dei cosiddetti
boiler in pompa di calore, da
collocare generalmente in
ambienti interni (es. lavanderia
ecc.); il vantaggio in questo caso è
separare eliminando tutti i possibili
rischi di dover produrre con la
stessa macchina energia termica
Introduzione all’installazione
per due servizi. Il limite è dettato
dalla modesta potenza termica
disponibile che rende indispensabile
un adeguato dimensionamento
dell’accumulo poiché i tempi di
ripristino sono molto elevati. Di
solito si tratta di modelli da 180 l
o 300 l volendo equipaggiati con
scambiatore solare.
Connessioni a collettori solari (Versione HP250CM2)
Installazione del sensore di temperatura circuito ausiliario:
Per pompa di calore (CN19 scheda HP250CM2):
Nipples 1/2" (non forniti)
Pozzetto del sensore
(non fornita)
Giunto a T
(non fornito)
sensore
boccola di
riduzione da
3/4" a 1/2"
(non fornita)
Sonda per regolatore caldaia (esterno):
Involucro anteriore - inferiore
Involucro elettrico
sensore (non fornita)
Riscaldatore
elettrico
pozzetto del sensore (Ø 8mm)
230V
50Hz
Valvola termostatica
Valvola di non
ritorno
230V
50Hz
Uscita acqua
calda a
Ridutt. di Valvola Valv. non
pressione manuale ritorno
Scarico
acqua di
condensa
Valvola di
sicurezza
sensore solare
sensore solare (controllore solare)
Carico acqua
ATTENZIONE!
Utilizzando l’energia solare, assicurarsi che la temperatura del serbatoio dello
scaldabagno non possa superare 85°C.
18
FIGURA 14 - Introduzione all'installazione.
Connessioni a collettori solari
DAWN,
CONDIZIONATORE A R32
Grazie alla nuova generazione di prodotti con gas
refrigerante R32, Haier AC nel 2016 introduce
nel mercato italiano il nuovo prodotto
Dawn. Le unità con refrigerante
R32 contengono meno gas ,
ed avendo un GWP inferiore
rispetto alle unità con
gas R410A hanno un
impatto sul riscaldamento
globale minore. Oltre
alle classiche funzioni di
raffrescamento, riscaldamento,
purificazione dell’aria, ventilazione, umidificazione e deumidificazione le
unità, interne Dawn sono accessoriate di sensore Light Human. Il Sensore
Light Human, divide virtualmente la stanza in 6 sezioni rilevando il numero, la
posizione e il movimento delle persone, per offrire un ottimale controllo della
temperatura ed evitare flussi d’aria diretti. Grazie al sensore Light Human, il
condizionatore rileverà i cambiamenti di intensità della luce solare all’interno
dell’ambiente, impostando automaticamente la modalità notturna se necessaria.
Questa tecnologia permette di ridurre i consumi energetici senza rinunciare
al comfort. Il sensore rimane nascosto quando l’apparecchio è spento, ma si
mostra quando il pannello frontale si solleva al momento dell’accensione.
Dawn, grazie alla funzione Wi Fi di serie, attraverso smartphone o tablet ed
una connessione internet può essere controllato anche durante la vostra
assenza. Dawn, in classe di efficienza energetica A+++ (in raffreddamento)
e A+++ (in riscaldamento), è disponibile nelle potenze da 9.000 Btu/h e
12.000 Btu/h. Altro elemento importante per il confort è la ridotta rumorosità;
grazie all’uso di ventilatore DC Inverter dal del design ottimizzazione
diminuisce il livello di rumorosità dell’unità interne; infatti Con l’impostazione
Super quiet, l’unità interna raggiunge una silenziosità di 15 dB (A).
Haier AC Italy Trading SpA Unipersonale
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REFRIGERANTI
40 Refrigeranti 
P
er quanto riguarda i refrigeranti
impiegati la maggior parte
delle pompe di calore di piccola
e media grandezza utilizzano oggi
R410A. Tuttavia in futuro anche questo
refrigerante sarà progressivamente
sostituito in ragione del suo elevato
potenziale climalterante. L’R410A, come
la quasi totalità dei refrigeranti impiegati
nelle pompe di calore, è un HFC,
pertanto soggetto all’applicazione dei
regolamenti f-gas. Già ora i produttori
cominciano a proporre refrigeranti
alternativi in ragione del phase down
programmato; uno dei principali
candidati a sostituire l’R410A sarà
l’R32. Ricordiamo che l’R32 presenta
un potenziale climalterante GWP pari
a 675 (aggiornato al Regolamento
517/14), quindi inferiore al valore
critico di 750 che rappresenta la soglia
stabilita per il phase out 2025 e 2030 in
ambito climatizzazione. Di fatto l’R32
è il refrigerante che costituisce il 50%
della miscela che compone l’R410A.
La sostituzione garantisce efficienza
frigorifera pari o superiore e anche un
contenimento dei volumi a parità di
condizioni di circa il 30%; l’unica criticità
è rappresentata dalla lieve in ammabilità
che lo caratterizza (classi cazione A2L
rispetto allo standard ASHRAE 34-2010).
R32, domande e risposte
Esistono limitazioni nell’installazione di un condizionatore con gas R32?
Non esiste alcun tipo di limitazione nell’installazione di un condizionatore con gas R32 fino 3,5 KW. Per condizionatori
di potenza superiore vi sono invece dei limiti fra rapporto di gas refrigerante e superficie. Questo secondo le norme EN
60335-2-40 e EN 378.
.
Cosa cambia nell’installazione di un condizionatore R32?
Per quanto riguarda posa in opera, collegamenti idraulici ed elettrici, tubazioni e carica di refrigerante non cambia
nulla.
INSTALLAZIONE E COLLEGAMENTI IDRAULICI
Dato che i modelli con R32 si installano esattamente
come i modelli R410A, i collegamenti idraulici sono da
effettuarsi nello stesso modo.
TUBAZIONI
È possibile utilizzare le tubazioni già esistenti, incluse
quelle dei vecchi modelli R22 e R407.
CARICA DI REFRIGERANTE
A seconda della lunghezza delle tubazioni può rendersi
necessaria un’aggiunta di refrigerante R32, anche se
i condizionatori a R32 solitamente necessitano una
quantità di refrigerante minore rispetto a condizionatori
a R410A.
LA RIFORMA DELLE TARIFFE
DOMESTICHE E LA TARIFFA
D1: RISPARMIO ENERGETICO
ED ECONOMICO
42 La riforma delle tariffe domestiche e la tariffa D1: risparmio energetico ed economico 
L
e tariffe elettriche domestiche
(denominate D2, D3) che ogni
utente si ritrovava nelle proprie
fatture, in vigore fino al 31 dicembre
2015, erano caratterizzate da elevata
progressività con scaglioni di consumo
molto penalizzanti per un consumatore
domestico con elevati prelievi di
energia elettrica come un utente
che impiega una pompa di calore.
Per superare questa criticità è stata
introdotta da luglio 2014 la possibilità
di accedere per gli utenti con pompa
di calore come unico generatore alla
tariffa dedicata “D1”.
La differenza rispetto alle altre tariffe
è che non esistono più gli scaglioni
ma si tratta di una tariffa lineare,
ovvero piatta: a maggiori consumi
corrisponde un minore costo medio.
Proprio per evitare che le pompe di
calore venissero penalizzate dagli
eccessivi costi elettrici questa nuova
tariffa è stata concessa solo a coloro
che installano una pompa di calore
come unico sistema di riscaldamento.
Inizialmente era possibile aderire
alla sperimentazione solo fino al
31/12/2015, ma con la riforma delle
tariffe elettriche la scadenza è stata
spostata al 31/12/2016.
È possibile presentare richiesta al
proprio fornitore di energia entro il
31/12/2016.
I clienti devono:
•essere titolari di utenze elettriche
domestiche; non possono avere
accesso alla D1 i condomìni e gli
utenti del terziario;
•avere già un contratto di fornitura
elettrica. Bisogna verificare che
il proprio venditore aderisca alla
sperimentazione, altrimenti è
necessario cambiare fornitore;
•utilizzare la pompa di calore per
il riscaldamento della propria
abitazione di residenza anagrafica:
non è possibile richiedere la tariffa
D1 per le seconde case;
•la pompa di calore elettrica
deve essere l’unico sistema di
riscaldamento, ovvero non è
ammessa l’integrazione con una
caldaia;
•la pompa di calore deve rispettare
determinati requisiti prestazionali
minimi, gli stessi che vengono
richiesti per accedere all’Ecobonus
per la riqualificazione energetica;
•anche chi in passato ha installato
una pompa di calore che rispetta i
requisiti di cui sopra può richiedere
la tariffa D1, ma solo se la pompa di
calore è entrata in funzione dopo il 1°
gennaio 2008.
La sperimentazione tariffaria è stata
il primo passo verso l’introduzione di
una tariffa elettrica lineare per tutti gli
utenti domestici.
La nuova tariffa introdotta dalla
deliberazione dell’Autorità per l’Energia
2 dicembre 2015 582/2015/R/EEL,
a regime dal 2018, viene applicata
a tutti i clienti domestici, con una
differenziazione fra clienti residenti e
non residenti.
Si tratta di una tariffa che a regime
(2018) sarà flat, ovvero “piatta”, il che
significa che non esisteranno più
scaglioni di consumo progressivi.
A partire dal 2016 e progressivamente
nei due anni successivi verrà quindi
aggiornato il metodo di calcolo delle
bollette. Cosa cambia per gli utenti
la riForma delle TariFFe domesTiche e la TariFFa d1: risparmio energeTico ed economico 43
con pompa di calore? Le caratteristiche
della nuova riforma una volta a regime
risultano essere molto favorevoli per un
consumatore con pompa di calore.
TABELLA 1 - Struttura della riforma elettrica (ANIMA-COAER, 2016)
Un aspetto molto importante della
riforma in attuazione è che a partire dal
gennaio 2017 sarà possibile scegliere
la potenza necessaria non più con le
soglie attuali (1,5-3-4,5-6-10 kW) ma
con passo di 0,5 kW fino a 6 kW e passo
di 1 kW da 6 kW in su.
TABELLA 2 - Nuovi livelli di potenza elettrica impegnata (ANIMA-COAER, 2016)
Grazie alla riforma, una volta a regime
nel 2018 il vantaggio rispetto alle tariffe
D2 e D3 disponibili fino alla fine del
2015 sarà circa doppio rispetto a quello
garantito dall’accesso alla tariffa D1
(che come evidenziato sarà disponibile
fino a fine 2016 non essendo più
necessaria a partire dal 2017).
Se ad ottobre 2015 per un utente che
consuma 6000 kWh/anno il costo
era 1830 €/anno (incluse imposte ed
IVA) con tariffa D3 e utenza da 6 kW, a
gennaio 2018 a parità di condizioni il
costo scende a 1.190 €/anno; il costo
specifico passa da 0,308 €/kWh a 0,198
€/kWh.
In questo modo i costi energetici
diventano competitivi restituendo
alle pompe di calore una sostenibilità
economica molto più vicina a quella
ambientale.
INCENTIVAZIONE
incenTivazione 45
P
er le pompe di calore sono
disponibili due principali regimi
di incentivazione (escludendo
in questa sede i certificati bianchi
per via della complessità di accesso
non destinato ad utenti di piccola
taglia) destinati entrambe solo ed
esclusivamente alla sostituzione di
impianti di climatizzazione esistenti.
• Detrazione fiscale del 65% (10
quote uguali in 10 anni con massimo
detraibile 30.000 €)
• Conto Energia Termico: disciplinato
nella sua nuova più recente versione
dal D.M. 16 febbraio 2016, è una
forma di incentivazione dedicata
alle pompe di calore fino a 2 MW
di potenza. L’incentivo erogato dal
GSE può essere incassato 1 quota
(fino a 5.000,00 €), 2 quote annuali
(fino a 35 kW di potenza) o 5 quote
annuali ed è determinato sulla
base di una formula matematica
funzione dell’energia rinnovabile
convenzionale attribuibile alla
pompa di calore ed è variabile in
funzione della zona termica e del
tipo di sorgente termica. A titolo di
esempio si riportano alcuni esempi
sviluppati da ENEA (Calabrese, 2016)
che consentono di apprezzare l’entità
dell’incentivo. Sono incentivati con
appositi valori anche pompe di
calore ibride e le pompe di calore
dedicate alla produzione di acqua
calda sanitaria.
46 incenTivazione
FIGURA 15 - Incentivi per pompe di calore aria-acqua con il Nuovo Conto Energia Termico (Calabrese, 2016)
Per accedere all’incentivazione (per
entrambe le opportunità) serve un COP
minimo nei punti di lavoro indicati dai
Decreti. Si rimanda a pubblicazioni
specifiche per maggiori dettagli.
Per piccole utenze può essere ancora
conveniente la detrazione fiscale
tuttavia al salire della potenza termica
diventa decisamente competitivo il
nuovo conto energia termico.
incenTivazione 47
Confronto caldaia a condensazione
e pompa di calore
Ricordando che su nuovi edifici la scelta
dell’impianto resta comunque condizionata
dagli obblighi relativi alle quote rinnovabili
(attualmente il 35% dell’energia per
riscaldamento, raffrescamento e produzione
acqua calda sanitaria, ma il 50% a partire
da gennaio 2017) è possibile confrontare
costi ed energia primaria di un impianto in
pompa di calore aria-acqua con un impianto
con caldaia a condensazione. Si considera un
impianto radiante.
La pompa di calore elettrica si considera
un COP pari a 3.2 come base di confronto,
considerando un rendimento del 100% per la
caldaia a condensazione. Per il gas naturale
si considera un costo di 0.8 €/Sm3 mentre
per l’energia elettrica un costo 0.20 €/kWh
(proiezione 2018 con situazione energetica
di fine 2015). Con questa situazione la stessa
quantità di energia termica utile prodotta
(3.2 kWh) consente di evidenziare:
• un risparmio di energia primaria non
rinnovabile (con coefficienti conformi a
quanto previsto dal D.M. 26 giugno 2015)
del 38% per la pompa di calore;
• un risparmio economico del 25% per
la pompa di calore (attenzione che con
tariffa D1 sarebbe minore e addirittura
sarebbe assente con la situazione pre
riforma di ottobre 2015).
TABELLA 3 - Confronto fra pompa di calore aria-acqua e caldaia a condensazione (impianto radiante)
Ciò evidenza l’importanza della riforma
tariffaria per fare in modo che vi sia
coerenza fra prestazioni energetiche e costi
di esercizio, aspetto assolutamente assente
con la struttura progressiva pre-esistente
dell’energia elettrica.
Profilo autore, Fabio Minchio
Fabio Minchio (1978), ingegnere libero professionista, dottore di ricerca
in energetica, è esperto di sistemi di scambio termico con il terreno. Si
occupa di dimensionamento e progettazione di impianti geotermici
e impianti termotecnici alimentati da fonti rinnovabili. È esperto
di normativa tecnica e di aspetti amministrativi nel settore della
climatizzazione e del risparmio energetico e delle fonti rinnovabili.
È Esperto in Gestione dell’Energia - EGE certificato SECEM UNI CEI 11339 settore
civile ed industriale da gennaio 2014 e si occupa di diagnosi energetiche e
consulenza nel settore dei servizi energetici collaborando con alcune ESCO. È esperto
nell’implementazione di progetti a consuntivo (PPPM) per l’ottenimento dei titoli di
efficienza energetica.
Da marzo 2014 è Project Manager del Progetto 3L presso Provincia di Padova,
progetto finanziato dal fondo ELENA - EIB per la realizzazione di interventi di risparmio
energetico negli edifici pubblici attraverso l’utilizzo di ESCO e contratti EPC.
Svolge inoltre attività di ricerca e sviluppo in tema di pompe di calore e scambiatori
a terreno e sistemi di scambio termico in generale per aziende dell’industria della
climatizzazione.
Sviluppa inoltre analisi funzionali per la realizzazione di software tecnici.
È autore di 3 libri in tema di impianti geotermici, normativa relativa agli impianti
fotovoltaici e sistemi di riscaldamento radiante oltre che di numerose pubblicazioni
scientifiche su riviste di settore e per convegni nazionali ed internazionali. Svolge
attività di formazione e consulenza in tema di fonti rinnovabili, efficienza energetica e
normative correlate.
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