Il bollitore per acqua calda di una pompa di calore richiede 2,5–3,0 m² di superficie del serpentino, circa 1 m² ogni 100 litri cioè da tre a quattro volte la superficie di 0,5–0,8 m² montata su un bollitore da caldaia. Il motivo è aritmetico: una mandata a 50 °C di una pompa di calore offre circa un terzo della differenza di temperatura di una mandata a 80 °C di una caldaia, quindi la superficie deve aumentare per trasferire gli stessi kilowatt.
Di quanta superficie di serpentino ha bisogno il bollitore di una pompa di calore?
Tra 2,5 e 3,0 m² per un tipico bollitore domestico, e 3,0 m² è il valore su cui convergono la maggior parte dei progettisti e dei produttori di pompe di calore. Come regola di pianificazione, preveda circa 1 m² di serpentino ogni 100 litri di acqua accumulata. Un normale bollitore a scambio indiretto costruito per una caldaia ha 0,5–0,8 m², cioè da tre a quattro volte meno.
Questa singola specifica decide più delle prestazioni reali di una pompa di calore della marca riportata sull'unità esterna, ed è il valore che manca nella maggior parte dei preventivi.
Perché il serpentino di una pompa di calore è da tre a quattro volte più grande?
Perché lo scambio termico è proporzionale alla superficie moltiplicata per la differenza di temperatura, e la pompa di calore ha rinunciato di proposito alla maggior parte della differenza di temperatura. La relazione che governa il fenomeno è Q = U × A × ΔT: il calore trasferito è pari al coefficiente di scambio termico per la superficie del serpentino per la differenza media di temperatura motrice.
Ecco il calcolo per una carica da 10 kW:
- Caldaia. Il primario entra a 80 °C e ritorna a 60 °C mentre l'accumulo ha in media 40 °C durante la carica. ΔT motrice media ≈ 30 K. Con un coefficiente realistico del serpentino di 300–500 W/m²K, la superficie richiesta è 0,7–1,1 m².
- Pompa di calore. Il primario entra a 50 °C e ritorna a 45 °C mentre l'accumulo ha in media 35 °C. ΔT motrice media ≈ 12 K. Gli stessi 10 kW richiedono ora 1,7–2,8 m².
E la situazione si fa più critica verso la fine della carica. Quando l'accumulo supera i 45 °C la caldaia ha ancora 25 K di differenza motrice con cui lavorare; la pompa di calore ne ha 3–5 K. Quell'ultimo tratto determina il tempo di ripristino, ed è per questo che la regola del settore arriva a tre volte la superficie anziché alle 2,5 volte suggerite dal calcolo sui valori medi.
| Volume del bollitore | Serpentino per caldaia (tipico) | Serpentino per pompa di calore (tipico) | Serpentino per 100 L | Riscaldamento obiettivo, 15 → 50 °C |
|---|---|---|---|---|
| 150 L | 0,5–0,6 m² | 1,5–2,0 m² | ~1,2 m² | 45–60 min |
| 200 L | 0,6–0,8 m² | 2,0–2,5 m² | ~1,1 m² | 60–75 min |
| 250 L | 0,7–0,9 m² | 2,5–3,0 m² | ~1,1 m² | 60–80 min |
| 300 L | 0,8–1,0 m² | 3,0–3,5 m² | ~1,1 m² | 65–90 min |
| 500 L | 1,0–1,4 m² | 4,5–5,5 m² | ~1,0 m² | 90–120 min |
Quanto costa in realtà un serpentino sottodimensionato?
Tre penalizzazioni, che ricadono tutte sulla bolletta elettrica:
- Una temperatura di mandata più alta. La regolazione compensa il serpentino piccolo alzando la temperatura del primario. Sopra i 45 °C ogni grado costa circa il 2–2,5% di COP, quindi caricare a 55 °C anziché a 48 °C consuma circa il 15% di elettricità in più per la stessa acqua calda.
- Resistenza elettrica integrativa. Quando l'accumulo non riesce a raggiungere la temperatura obiettivo entro la fascia programmata, la resistenza elettrica completa il lavoro con COP 1,0, cioè a un costo per chilowattora circa triplo.
- Peggiore stratificazione termica. Un serpentino piccolo concentrato nella parte bassa dell'accumulo lascia una fascia centrale fredda, quindi il volume utilizzabile è inferiore ai litri indicati sull'etichetta.
Come si verifica il serpentino su una scheda tecnica?
Chieda quattro valori e consideri la mancanza di uno di essi un campanello d'allarme:
- Superficie del serpentino in m². Non «serpentino grande», non «compatibile con pompa di calore»: il numero.
- Potenza del serpentino in kW a una temperatura primaria dichiarata. Un valore indicato con primario a 80 °C non ha alcun significato per una pompa di calore; esiga 50 o 55 °C.
- Tempo di riscaldamento da 15 °C a 50 °C alla potenza nominale della pompa di calore.
- La base di prova. La EN 12977-3 stabilisce i metodi di prova delle prestazioni per accumuli solari e a bassa temperatura, e la EN 12897 riguarda la costruzione dei bollitori pressurizzati. I valori dichiarati dovrebbero indicare quale norma seguono e come è stato valutato lo scambiatore a serpentino.
La geometria del serpentino conta quanto la superficie in sé. Un serpentino alto che copre l'intera altezza dell'accumulo carica tutto il volume; uno corto concentrato sul fondo lascia la metà superiore alla resistenza elettrica. I serpentini alettati e con rilievi aumentano il coefficiente di scambio termico effettivo, quindi un serpentino ben progettato da 2,5 m² può superare uno liscio da 3 m², ed è esattamente il lavoro di ingegneria che Solimpeks mette nei propri accumuli smaltati e igienici combinati.
La stessa regola vale per i sistemi solari e combinati?
La direzione è la stessa e i numeri sono ancora più generosi. I collettori solari forniscono calore a 25–60 °C, una differenza motrice ancora minore, quindi il serpentino solare si trova in basso nell'accumulo con una superficie generosa, e un secondo serpentino più piccolo, più in alto, serve la caldaia o la pompa di calore. In un accumulo a doppio serpentino la posizione di ciascun serpentino decide quale parte del volume viene riscaldata: un dettaglio trattato nella guida agli accumuli termici.
Domande frequenti
Perché il bollitore di una pompa di calore richiede un serpentino da 3 m²?
Perché lo scambio termico dipende dalla superficie moltiplicata per la differenza di temperatura. La mandata a 50 °C di una pompa di calore dà circa 12 K di differenza motrice media contro i 30 K di una caldaia, quindi la superficie del serpentino deve all'incirca triplicare per trasferire gli stessi kilowatt nell'accumulo.
Un serpentino da 1,5 m² basta per una pompa di calore?
Solo su un bollitore piccolo, di circa 150 litri, e solo con una potenza della pompa di calore di 5 kW o inferiore. Da 200 litri in su, 2,5–3,0 m² è il minimo operativo se si vuole un riscaldamento in un'ora senza la resistenza elettrica.
Quanti kW può trasferire il serpentino di un bollitore per pompa di calore?
Un serpentino da 2,5–3,0 m² trasferisce circa 8–14 kW all'inizio di una carica con mandata primaria a 50 °C, con un calo costante man mano che l'accumulo si scalda. Confronti sempre le potenze dei serpentini dichiarate alla stessa temperatura primaria, 55 °C o meno per il servizio con pompa di calore.
Il materiale del serpentino cambia la superficie richiesta?
Sì, in modo moderato. I serpentini alettati, con rilievi e corrugati aumentano il coefficiente di scambio termico, quindi un serpentino ben progettato da 2,5 m² può superare uno liscio da 3,0 m². L'altezza del serpentino conta di più: un serpentino che copre l'intera altezza dell'accumulo carica tutto il volume.
Fonti e approfondimenti
- EN 12977-3:2018 — Thermal solar systems and components: performance test methods for solar water heater stores
- EN 12897:2016+A1:2020 — Water supply: specification for indirectly heated unvented (closed) storage water heaters
- DIN 4753-3 — Storage water heaters for drinking water: corrosion protection by enamelling and cathodic protection