Le pompe di calore ad attivazione termica sono una concreta alternativa alle caldaie che utilizzano combustibili fossili: l’evoluzione della legislazione europea e le prospettive di mercato sono al centro del dibattito.
Per raggiungere gli obiettivi di neutralità climatica definiti dall’Unione Europea, in un contesto fortemente provato dalla recente crisi energetica, l’Italia ha bisogno di coniugare in modo realistico e concreto l’efficienza, il risparmio energetico e la riduzione dell’impronta di carbonio con le esigenze di comfort negli edifici.
Il mix energetico “elettrone-molecola” – in cui i vettori gas ed elettricità rispondono in modo sinergico alle richieste di carico degli impianti di climatizzazione – è un’opzione subito disponibile, che costituisce un approccio efficace, pragmatico e lungimirante sia per il sistema paese, sia per gli utilizzatori. L’argomento è stato recentemente al centro di un evento organizzato dal Gruppo Climgas (che riunisce i costruttori di generatori alimentati a gas e da recuperi termici) di Assotermica (aderente ad Anima Confindustria), che ha focalizzato l’attenzione sulle potenzialità delle pompe di calore ad attivazione termica (TDHP: Thermally Driven Heat Pump) – una tecnologia consolidata per il riscaldamento degli ambienti e la produzione dell’ACS.
La revisione del Piano Nazionale Integrato Energia e Clima ha come principali obiettivi la piena integrazione del pacchetto Fit for 55 e del piano REPowerEU, per la definizione dei traguardi in materia di riduzione delle emissioni climalteranti e di misure di mitigazione e adattamento, nei settori dell’uso del suolo, della silvicoltura e dell’agricoltura, e di promozione della sicurezza energetica collettiva.
Assotermica ritiene che si tratti di un’occasione importante per:
- favorire l’incremento di gas rinnovabili nella rete e aprire all’utilizzo dell’idrogeno anche nell’edilizia – settore che per numerosi motivi non può essere considerato “easy-to-abate”;
- sfruttare le potenzialità dei sistemi ibridi factory-made e delle TDHP;
- riorganizzare il sistema di incentivazione puntando su pianificazione, certezza delle regole e degli strumenti e attualizzazione delle normative tecniche;
- incrementare le competenze tecniche del personale della pubblica amministrazione;
- cooperare con i paesi dell’area mediterranea sulla produzione di idrogeno rinnovabile o low-carbon.
Pluralità e neutralità
«L’incremento dell’efficienza energetica negli edifici è un problema che non si presta a semplificazioni – ha affermato l’ing. Federico Musazzi, Segretario generale di Assotermica, aprendo i lavori. Il parco edilizio italiano ed europeo è vasto ed eterogeno, perciò, in questo caso il concetto “one technology fits for all” non vale. Servono invece soluzioni che offrano il miglior compromesso tra minor impatto ambientale, risparmio energetico e bassi costi in bolletta.
Le TDHP sono offerte in una vasta gamma di componenti e sistemi, che già oggi superano il limite di efficienza stagionale del 115%, al di sotto del quale dovrebbero applicarsi i divieti previsti dalla nuova direttiva Ecodesign. Rispetto agli apparecchi alimentati solo con elettricità, anche le TDHP possono portare concreti vantaggi.
Le TDHP possono infatti utilizzare sia il metano, sia gas da fonti rinnovabili (biogas, biometano, ecc.) anche in miscele contenenti idrogeno, a dimostrazione che un generatore – di qualsiasi tipo – non è “fossile” o “rinnovabile” a prescindere. La sostenibilità energetica e ambientale dipende infatti dalla qualità ambientale (contenuto di CO2 per unità di energia) del vettore.
Un approccio tecnologicamente neutro è perciò il modo migliore sia per evitare di raggiungere risultati solo teorici, che non trovano riscontro nella pratica, sia per valorizzare il ruolo della filiera produttiva e dei professionisti. Al riguardo, permettetemi una suggestione. A livello europeo si considera il “Primary energy factor” (Pef) quale indicatore della quantità di energia primaria utilizzata per generare un’unità di elettricità: attualmente valori compresi fra 2,1 a 1,9 indicano una maggior generazione elettrica con rinnovabili. Non sarebbe il caso di introdurre anche un “Renewable gas factor” per il gas?»
In accordo con il piano REPowerEU, la bozza di revisione del Regolamento 813/2013/UE (Ecodesign) prevede un rendimento minimo di 115 % per la commercializzazione dei generatori termici. Assieme a dispositivi ibridi (caldaia + pompa di calore), le TDHP sono la soluzione ideale per sostituire l’offerta di caldaie di tipo tradizionale. Oltre all’assenza di modifiche sostanziali all’impianto a valle del generatore, l’incremento dell’efficienza comporterà un significativo contenimento dei consumi di gas e delle emissioni in atmosfera, che concorrono all’inquinamento dell’aria e sono responsabili di patologie anche molto gravi dell’apparato respiratorio.
Numerosi produttori italiani e stranieri propongono già oggi TDHP in varie taglie, modelli e allestimenti, che possono essere alimentate con metano e, in prospettiva, con gas rinnovabili quali biometano, miscele di metano/idrogeno e idrogeno puro. Secondo Assotermica, gli apparecchi a combustione non sono realizzati solo per funzionare con combustibili fossili, di conseguenza sarebbe più opportuno fissare dei requisiti per apparecchi pronti all’utilizzo di fonti rinnovabili. Anche per questo motivo, Assotermica stima un potenziale crescente della penetrazione delle TDHP nel mercato residenziale italiano, con una quota del 15% (circa 1,5 milioni di unità) al 2035 e superiore al 40% nel 2050.
Le TDHP in sintesi
Le principali caratteristiche delle TDHP sono state sintetizzate dall’ing. Tommaso Toppi, Ricercatore del RELAB presso il Politecnico di Milano – Dipartimento di Energia: «Si tratta di macchine che utilizzano l’energia termica (da combustibile gassoso) per ottenere un effetto pompa di calore e raccogliere calore dall’ambiente (rinnovabile).
La Gas Utilization Efficiency (GUE) è il parametro che ne esprime l’efficienza (rapporto fra l’energia fornita dal generatore e l’energia consumata dal bruciatore), normalmente compreso fra 1,0÷1,7. Il consumo di energia primaria dipende dall’efficienza stagionale della macchina (SPER) e dal fattore di conversione (in Europa: 2,5 secondo la direttiva ErP).
Le TDHP sono ibridi naturali tra generatori a combustione e pompe di calore, perciò presentano diversi vantaggi:
- possono essere collegate all’infrastruttura di distribuzione esistente, in Italia molto capillare;
- permettono di ridurre subito i consumi e le emissioni;
- se alimentate da idrogeno verde, biogas, ecc., forniscono in modo efficiente energia rinnovabile al 100%.
Le TDHP sono la soluzione ideale per edifici esistenti poco efficienti (indicativamente nelle classi E, F e G), che in Italia rappresentano oltre il 75% del parco edilizio e, a causa degli alti consumi e della richiesta di temperature di mandata elevate, sono considerati “hard to decarbonize”.
Le TDHP già disponibili nel mercato sono del tipo ad assorbimento: solitamente dotate di bruciatore integrato, utilizzano una soluzione liquida acqua/ ammoniaca (GWP = 0) per l’operatività in continuo. Le TDHP ad adsorbimento, invece, sono attualmente in fase di field tests. Le sfide per questi prodotti sono simili a quelle delle pompe di calore elettriche: ingombro maggiore (spazio per l’unita esterna); regolamentazione dei gas refrigeranti; scarsa conoscenza da parte del mercato e ridotti volumi di produzione, con conseguenti maggiori costi d’acquisto e d’installazione».
Calore, ambiente, economia
Le potenzialità delle TDHP nella riqualificazione energetica di edifici residenziali sono state approfondite dall’ing. Paolo Conti, Ph.D., Ricercatore Senior presso l’Università di Pisa – DESTEC: «Abbiamo condotto una valutazione delle prestazioni energetiche, ambientali ed economiche, dinamiche e stagionali, di soluzioni alternative per il riscaldamento e la produzione di ACS.
I consumi di energia primaria non rinnovabile, le emissioni equivalenti e la bolletta energetica sono stati gli indici di prestazione considerati dallo studio. Abbiamo definito un set di edifici-tipo, rappresentativi del comportamento energetico del parco edilizio residenziale italiano, valutandone il fabbisogno dinamico di riscaldamento e ACS nelle diverse zone climatiche. Sono quindi stati eseguiti:
- una simulazione dinamica delle TDHP insieme ad altre tecnologie elettriche e a combustione;
- i calcoli del consumo orario di combustibile in ingresso al generatore, dell’energia primaria non rinnovabile, delle emissioni di CO₂ equivalenti e della spesa economica per l’acquisto del combustibile.
In generale, le TDHP (ad assorbimento ed endotermiche) hanno restituito benefici su tutti gli indicatori. Rispetto a una caldaia standard, i risparmi stagionali medi ottenibili sui tre indicatori sono compresi tra il 31% e il 37%. Inoltre, le TDHP possono raggiungere temperature di mandata generalmente più elevate rispetto alle pompe di calore a compressione elettrica, senza un significativa diminuzione del GUE.
Questo rende le TDHP idonee anche per la produzione di ACS e per l’installazione in edifici con terminali ad alta temperatura. Se ci riferiamo al sistema edificio- impianto, l’utilizzo di miscele arricchite con idrogeno verde o biogas comporta ulteriori vantaggi energetici e ambientali (energia primaria: -7%; CO₂ eq.: -12% con miscele al 20% in volume). I risparmi sono proporzionali alla percentuale della componente “verde” della miscela».
Gas naturale e decarbonizzazione
L’ing. Marta Bucci, Direttore generale di Proxigas, ha descritto le direttrici di evoluzione del sistema di approvvigionamento del gas naturale: «Nel contesto della transizione energetica, il gas naturale può:
- sostituire da subito dei combustibili più inquinanti negli usi termici transizione energetica;
- abilitare la crescente penetrazione delle FER a garanzia di un sistema energetico flessibile, sicuro e resiliente;
- incrementare il potenziale di decarbonizzazione attraverso l’integrazione dei green e low carbon gas nelle reti.
Puntare solo sull’elettrificazione comporta complessità di ordine tecnico, socioeconomico e per la stabilità e la sicurezza delle reti elettriche. Al contrario, servirebbe un approccio concreto e una politica energetica coerente e flessibile, che consideri sia le specificità di ciascuna nazione, per le condizioni del parco immobiliare e il relativo mix energetico, sia le infrastrutture esistenti».
La velocità con cui procede la riqualificazione energetica in edilizia impone di concentrare l’attenzione sulle soluzioni più efficaci, per la grande maggioranza degli edifici meno efficienti oggi esistenti. Considerando la situazione del parco edilizio europeo e i tempi e le modalità di attuazione della transizione energetica, le TDHP possono giocare un ruolo importantissimo per ridurre i consumi le emissioni e i costi – Luigi Tischer,R&D Senior Director di Ariston Group
I combustibili gassosi e il recupero del calore possono contribuire in modo concreto e immediato alla decarbonizzazione. Soprattutto nei casi in cui serve calore ad alta temperatura, la tecnologia delle TDHP è la più performante ed è già disponibile, non solo per gli edifici residenziali ma anche per l’industria e il terziario. Il tutto con l’enorme vantaggio di non dover intervenire sull’impianto a valle del generatore, senza pregiudizio per il comfort – Enrico Casali, Product Director di Robur
