Le pompe di calore funzionano sotto zero?

La risposta alla domanda se le pompe di calore possono lavorare sotto zero, a -10° o a -20° è: dipende. Mi porrei inoltre un'altra domanda: sotto zero è conveniente utilizzare le pompe di calore per riscaldare la casa?

In generale, non tutte le macchine riescono a lavorare sotto zero o ad essere convenienti in range di temperatura "estremi". Alcuni generatori, pur funzionano sotto zero, magari anche in presenza di neve e di ghiaccio, sono comunque soggetti ad un calo di rendimento fisiologico al diminuire della temperatura dell’aria esterna:

Perdita di efficienza

Il rendimento in riscaldamento di una pompa di calore viene misurato attraverso l'indice COP o SCOP (rapporto tra quanti kW termici di potenza genera una pompa di calore rispetto alla potenza che consuma). Maggiore è il valore di questo indice, minori saranno i consumi. All'aumentare della differenza di temperatura tra l'interno della casa e l'esterno, questo indice peggiora, fino a rendere poco convenienti le pompe di calore.

In pratica, la pompa di calore con le basse temperature ambientali lavora male, e con le bassissime potrebbe bloccarsi per limiti fisici.

Blocco del sistema

Un fenomeno che potrebbe portare al blocco della macchina è lo sbrinamento. In determinate condizioni, l'umidità contenuta nell'aria condensa sulla batteria alettata esterna della pompa di calore e congelandosi potrebbe bloccare la macchina. Tale fenomeno è palese in quanto lo scambiatore (evaporatore) posteriore viene ricoperto da una brina bianca.

Per evitare ciò, si impostano dei cicli detti di sbrinamento. In soldoni, quando tutte le alette dello scambiatore sono chiuse e l’aria non passa più, la macchina inverte il ciclo di funzionamento (defrosting), facendo funzionare la pompa come se fossimo in estate, asportando calore dall'impianto (che in realtà, dovrebbe essere immesso per continuare a riscaldare) e trasferendolo alla batteria, in modo da sciogliere lo strato di ghiaccio.

Durante i cicli di sbrinamento, che possono durare anche per diversi minuti, non viene riscaldata la casa. Per velocizzare il periodo di assenza del riscaldamento, vengono utilizzate delle resistenze elettriche per scaldare l’acqua (che la macchina raffredda durante lo sbrinamento). Oltre alla perdita di rendimento, si provoca un ulteriore spreco di energia. Meglio di restare al freddo. 

Occorre impostare correttamente sia la frequenza che la durata dei cicli di sbrinamento. Difatti, se i cicli fossero poco frequenti, porterebbero all’aumento dello spessore di ghiaccio sulla batteria, riducendone lo scambio di calore. Mentre se i cicli di sbrinamento fossero troppo frequenti comporterebbero una notevole immissione di acqua fredda nell’impianto e una notevole perdita di efficienza. 

Mentre, se la lo sbrinamento fosse breve, il ghiaccio non si scioglierebbe del tutto e la parte rimanente tenderebbe a solidificarsi.

In genere, i produttori ipotizzano 2 o 3 cicli di sbrinamento orari, che si attivano da temperature dell’aria esterna di 4°C / 5°C ed in funzione dell’umidità presente.

Ma c'è di più. Al di sotto dei - 6° / -10°, molti modelli smettono di funzionare. Alcuni modelli in commercio, al fine di annoverare tra le temperature di funzionamento anche le più basse, sono provvisti di resistenze elettriche di emergenza che garantiscono il riscaldamento anche in condizioni particolarmente rigide, ma consumano notevolmente. 

Per ovviare a tutto ciò, potresti optare per una pompa di calore geotermica, che se ne frega della temperatura esterna, scambiando calore direttamente con il terreno. Oppure per un sistema ibrido, che in caso di temperature "miti" sfrutta la pompa di calore, mentre per le temperature esterne più rigide attiva la caldaia a gas.

Temperatura operativa limite di funzionamento

Se avessi scelto già la pompa di calore da montare in casa, dovresti spulciare all'interno della scheda tecnica e scovare la Temperatura Operativa Limite TOL che rappresenta la temperatura della sorgente esterna più bassa che consente ancora il funzionamento della pompa di calore. Per temperature inferiori, la pompa di calore si spegne (nei classici split questa temperatura è quasi sempre indicata nelle schede tecniche, all’interno delle sezioni relative ai limiti di operatività, indicate come intervalli di funzionamento).

Queste considerazioni valgono sia per le pompe di calore aria-aria che per le aria-acqua. Penso possa esserti utile l'articolo sui pro e i contro dei aria-acqua che aria-aria.

Spero che l'articolo ti sia stato utile, a presto, Vincenzo.