Doppia coppia per l’alta temperatura

Veduta del resort Luisenhöhe da levante: l’edificio è situato in cima a una collina, nel cuore della Riserva della Biosfera UNESCO della Foresta Nera (Gesundheitsresort Schwarzwald Luisenhöhe GmbH & Co. KG)

Un idilliaco “hotel della salute” utilizza fonti rinnovabili per gli impianti di climatizzazione, idrico-sanitari e termali: iDM Energiesysteme ha partecipato attivamente alla progettazione del sistema basato su pompe di calore geotermiche.

Immerso nel cuore della Foresta Nera, in Germania, Lui­senhöhe è un resort dal concept innovativo che coniuga ospitalità alberghiera di alto livello con strutture e servizi orientati alla salute, al benessere e al comfort degli ospiti, grazie a soluzioni costruttive e tecnologiche caratterizzate da un elevato grado di sostenibilità edilizia ed energetica.

La produzione dell’energia termica è completamente demanda­ta a una centrale termofrigorifera basata su quattro pompe di ca­lore, di cui due per la produzione di acqua a bassa temperatura e per il raffrescamento estivo e altrettante per l’alta temperatura, che utilizzano energia da fonte rinnovabile certificata per scam­biare calore con il sottosuolo.

Relax, benessere, salute

Luisenhöhe è situato nei pressi di Horben, in cima a una colli­na (altitudine circa 600 m) pochi chilometri a sud di Friburgo in Brisgovia, all’interno della Ri­serva della Biosfera UNESCO che tutela boschi, brughiere e territori montani della Foresta Nera Meridionale.

Completato nel 2023, il resort ha sostituito l’ottocentesco chalet in stile alpino già utiliz­zato come hotel e casa di ripo­so. Grazie a un investimento di circa 60 milioni di euro, oggi la moderna struttura (superficie lorda circa 13.500 m2) mette a disposizione 59 camere e 24 suite, affacciate verso spetta­colari paesaggi naturali.

Il concept architettonico è ba­sato su un volume in linea dal­la forma sinuosa, che si eleva per quattro livelli fuori terra prendendo origine in pros­simità di un gruppo di alberi secolari.

La forma sinuosa del volume in linea racchiude la corte a giardino delimitata a levante dalla piscina esterna, parte integrante dell’area dedicata al benessere e alla salute (Gesundheitsresort Schwarzwald Luisenhöhe GmbH & Co. KG)

L’edificio si sviluppa lungo il crinale in direzione nord-sud, con accesso da ponente, e si ripie­ga su sé stesso a racchiudere un’ampia corte a giardino, delimi­tata a levante dagli spazi per il relax all’aperto.

Punto di partenza privilegiato per escursioni nella rigogliosa na­tura circostante, Luisenhöhe dispone dei tipici servizi dell’hôtell­erie contemporanea (ristoranti, bar, lounges, area meeting con sale riunioni e per congressi, ecc.) e di una zona dedicata al medical fitness con palestre, spa, piscine al coperto e all’aperto, solarium, spazi per trattamenti medici ed estetici, padiglioni con sauna nella foresta, ecc..

Architettura low carbon

Luisenhöhe è un’interessante best practice per l’edilizia alber­ghiera eco-sostenibile. La forma architettonica esalta la ma­gnifica posizione del sito d’intervento: un fitto bosco protegge il complesso e la corte a settentrione, mentre le camere si aprono a ventaglio verso il paesaggio, con ampie superfici trasparenti e terrazze orientate a est, sud e ovest.

Materiali e tecniche costruttive – ad esempio il rivestimento esterno in scandole di abete bianco – si distinguono per la contenuta impronta carbonica (Gesundheitsresort Schwarzwald Luisenhöhe GmbH & Co. KG)

Materiali e tecniche costruttive si distinguono per la contenuta impronta carbonica, attestata mediante LCA. I paramenti mu­rari, ad esempio, sono rivestiti con scandole di abete bianco, mentre le coperture piane sono rivestite con un esteso tetto ver­de, ideale anche per ottimizzare la raccolta delle precipitazioni. Negli spazi interni il legno è protagonista delle pavimentazioni, dei rivestimenti e degli arredi.

Il contenuto fabbisogno termico complessivo è risultato delle elevate prestazioni energetiche dell’involucro edilizio, delle effi­cienti e diffuse soluzioni per il recupero del calore e dell’impiego di ampie superfici radianti negli ambienti interni, a soffitto e a parete negli spazi collettivi e a pavimento nelle camere.

La geo­termia a ciclo chiuso abbinata a pompe di calore è la principale fonte di energia termica, anche per le utenze ad alta tempera­tura. Il dimensionamento del sistema a pompe di calore ha rap­presentato la principale sfida nella progettazione degli impianti meccanici.

Calore dal sottosuolo

Il progetto degli impianti meccanici è stato sviluppato coinvol­gendo da subito iDM Energiesysteme, azienda austriaca specia­lizzata nella produzione di pompe di calore. I generatori scambiano energia termica con il terreno, grazie a un campo di sonde realizzato sotto il parcheggio che ospita an­che la centrale termofrigorifera. Il campo è composto da 58 son­de (profondità media 145 m, lunghezza totale delle perforazioni 8.410 m) che possono sostenere un carico complessivo pari a circa 460 kW. La rigenerazione termica del terreno e la dissipazione del calo­re residuo sono affidati a 2 dry cooler situati ai margini del par­cheggio.

iDM Energiesysteme
I dry cooler situati ai margini del parcheggio provvedono alla rigenerazione termica del terreno e alla dissipazione del calore residuo (iDM Energiesysteme)

Il dimensionamento dell’intero sistema è basato sui risultati di una simulazione dinamica dettagliata dei carichi. Lato utenze L’impianto geotermico mette a disposizione circa 540 kW, in mo­dalità riscaldamento, e circa 420 kW, in modalità raffreddamen­to. Il fabbisogno energetico è pari a:

  • 302 MWh/anno per il riscaldamento invernale;
  • 191 MWh/anno per il raffrescamento estivo;
  • 262 MWh/anno per il riscaldamento dell’acqua della piscina;
  • 204 MWh/anno per l’ACS.
Tecnologia evoluta per la geotermia
Per il progetto del resort Luisenhöhe sono state impiegate pompe di calore di iDM Energiesysteme delle linee TERRA SW Max e TERRA SW Max H, specifiche per l’impiego in abbinamento a campi di sonde geotermiche, anche per la produzione di acqua a temperatura elevata.

Si tratta di generatori estremamente efficienti (COP TERRA SW Max: 4,63 B0/W35; COP TERRA SW Max H: 4,38 B0/W35), compatti (circa 1 m2 occupato ogni 140 kW) e particolarmente silenziosi, concepiti per fronteggiare le esigenze di risparmio energetico e di ridotto ingombro per edifici condominiali, centri terziari e industriali, strutture alberghiere e sanitarie, ecc., anche in caso di ristrutturazione.

iDM Energiesysteme
Le versioni di TERRA SW Max con potenze ≥ 170 kWt e di TERRA SW Max H con potenze ≥ 140 kWt dispongono di 4 circuiti frigoriferi
separati e ridondanti (iDM Energiesysteme)

Le versioni di TERRA SW Max con potenze ≥ 170 kWt e di TERRA SW Max H con potenze ≥ 140 kWt – come quelle installate presso Luisenhöhe – dispongono di 4 circuiti frigoriferi separati e ridondanti, per garantire una potenza adeguata al fabbisogno e la massima continuità di funzionamento. Sono composte essenzialmente da due generatori distinti, collegati alla parte posteriore attraverso tubazioni per facilitare l’installazione in spazi ristretti. Il circuito di raffreddamento è allacciato alla pompa di calore lato sorgente, per offrire il raffreddamento continuo del circuito.

Il calore residuo sul lato riscaldamento può essere utilizzato per la produzione di ACS o per altri scopi, oppure può essere sfruttato per la rigenerazione del terreno. Il sistema di regolazione Navigator 2.0 si occupa della regolazione dei circuiti di riscaldamento, della comunicazione con i sistemi domotici e di gestione energetica e del funzionamento in cascata delle pompe di calore, che consente di realizzare centrali con potenza fino a 1,5 MW.

Bassa e alta temperatura

iDM Energiesysteme
La produzione dei fluidi è affidata a 4 pompe di calore monovalenti prodotte da iDM Energiesysteme, tutte collegate
al campo geotermico (iDM Energiesysteme)

La produzione dei fluidi caldi e refrigerati è affidata a 4 pompe di calore monovalenti prodotte da iDM Energiesysteme, tutte col­legate al campo geotermico. Il progetto impiantistico ha privile­giato il ruolo degli accumuli ad alta capacità (complessivamente 4 serbatoi termostatici da 2.200 l ciascuno, di cui 2 per riscal­damento e 2 per raffrescamento), con l’obiettivo di ottimizzare il funzionamento delle pompe di calore.

L’energia termica per gli impianti di climatizzazione a bassa temperatura, il preriscalda­mento dell’ACS e il riscaldamento dell’acqua delle piscine è pro­dotta da 2 pompe di calore della linea TERRA SW Max (R410A), con potenze pari a 275 kWt e 170 kWt (B0/W35).

Il kit d’espansione per il raffreddamento è montato sul genera­tore da 280 kW e comprende valvole di commutazione e scam­biatori di calore aggiuntivi. Questa configurazione mette a dispo­sizione circa 300 kWf sul lato dell’evaporatore (T cond. 30 °C; T evap. 7 °C).

iDM Energiesysteme
Schema concettuale del sistema di preparazione dell’acqua calda a bassa e alta temperatura, con utilizzo delle pompe di calore TERRA SW Max H come booster (iDM Energiesysteme)
iDM Energiesysteme
Schema concettuale del sistema di valvole per il riempimento degli accumuli per la produzione dell’ACS, distanti circa 120 m rispetto alla centrale termofrigorifera (iDM Energiesysteme)

Le altre 2 pompe di calore sono del tipo TERRA SW Max H (R134A), entrambe con potenza pari a 180 kWt. Queste macchine utilizzano come fonte di calore gli accumuli a bassa temperatura ed effettuano il salto termico per gli accu­muli ad alta temperatura, erogando una potenza di 2 x 290 kWt (W20/W65). Il kit d’espansione per il raffreddamento è installato su uno dei due generatori e mette a disposizione 178 kWf.

In generale, un consistente volume tampone garantisce migliori tempi di funzionamento delle pompe di calore e un buon com­portamento di ciclizzazione, soprattutto nelle stagioni di transi­zione e quando l’edificio presenta una bassa densità di occupa­zione.

L’impianto del Luisenhöhe utilizza il System Cooling iDM, con il quale è possibile produrre contemporaneamente riscaldamento e raffrescamento. In questo modo, una parte di energia elettrica produce nove parti di energia termica. System Cooling iDM è ideale per l’uso con sistemi che presentano un fabbisogno di riscaldamento e ACS altrettanto elevato in modalità di raffrescamento.

Terminali e ACS

Il riscaldamento degli ambienti è de­mandato a pavimenti radianti a bas­sa temperatura (max 35 °C). Si trat­ta della soluzione ideale nel caso di edifici collettivi con impianti alimen­tati da pompe di calore. Il circuito di riscaldamento dedicato alla piscina opera a temperatura leggermente superiore (40 °C). L’impianto di con­dizionamento delle cucine funziona durante l’intero arco dell’anno.

Il raf­frescamento estivo è affidato a su­perfici radianti a soffitto e, per gli am­bienti con carico maggiore, a parete. Il raffreddamento passivo (senza l’intervento dei compressori) e il funzionamento in modalità raffreddamento permettono di ot­tenere un’efficienza superiore quando i generatori raffreddano sul lato dell’evaporatore e utilizzano il calore residuo sul lato del condensatore. In pratica, nella stagione calda le pompe di calore riscaldano piscina e ACS con apporti gratuiti.

Più complessa si è rivelata la soluzione per la fornitura dell’ACS, in quanto le sot­tostazioni presenti nel complesso alberghiero sono alimentate dagli accumuli a 65 °C situati nella centrale termofrigorifera, di­stante circa 120 m. La soluzione adottata prevede un ingegnoso sistema di gestione delle valvole, che si aprono solo quando si raggiunge la temperatura desiderata per caricare l’accumulo ad alta temperatura.

iDM Energiesysteme
Anche grazie al sistema di regolazione Navigator 2.0, le pompe di calore iDM Energiesysteme sono configurabili in cascata fino a una capacità di 1,5 MW
(iDM Energiesysteme)

Negli edifici plurifunzionali caratterizzati da profili di utenze dif­ferenti il sistema di regolazione svolge un ruolo molto importan­te, specie per quanto attiene la gestione delle interfacce. Nel progetto Luisenhöhe l’interfaccia tra BMS e pompe di calore è impostata al limite degli accumulatori: il Navigator 2.0 di iDM Energiesysteme carica i buffer e li mantiene alla temperatura operativa, mentre tutti i servizi all’edificio sono gestiti dal siste­ma generale.

CALORE RINNOVABILE Fondata nel 1977, iDM Energiesysteme è uno dei produttori europei pionieri nel settore delle pompe di calore. Dal 1997 l’azienda sviluppa, produce e distribuisce sistemi energetici estremamente performanti, affidabili ed evoluti, che mettono a disposizione il calore presente nel terreno, nell’acqua e nell’aria a fronte di consumi molto contenuti.

La leadership tecnologica è orientata alla gestione intelligente dell’energia termica nelle applicazioni civili, grazie anche a importanti investimenti in ricerca e sviluppo che hanno condotto a innovazioni come iPump, la linea di pompe di calore compatte con accumulo ACS integrato, ideale per edifici con terminali ad alta temperatura.

TERRA Max è invece la linea di pompe di calore con potenze a partire da 35 kW, concepite per gli edifici di medie e grandi dimensioni. Il portfolio comprende ulteriori gamme di pompe di calore modulanti, acqua/acqua e aria/acqua, che utilizzano diversi gas refrigeranti compreso R290, configurabili in cascata fino a una capacità totale di 1,5 MW.

Nel 2022, iDM Energiesysteme ha aperto la filiale iDM Italia che, in stretta collaborazione con la casa madre, dalla sede di Barbiano (Bolzano) si occupa della distribuzione per il mercato nazionale e dei servizi di consulenza ai professionisti e assistenza pre e post vendita.

iDM Energiesysteme«La migliore integrazione fra i componenti tecnologici e la struttura architettonica è un aspetto fondamentale per la corretta progettazione energetica, che dev’essere considerato fin dall’inizio. Per i progetti di grandi dimensioni consigliamo sempre di rivolgersi al produttore delle pompe di calore. In questo modo i generatori e il sistema di controllo possono essere selezionati considerando tutte le variabili, per un utilizzo mirato ed efficiente». – Reinhard Gion, Project manager di iDM Energiesysteme