In Copertina:  Foto Amici della Terra - Giorgio Maiozzi

Le pompe di calore sono una realtà sempre più conosciuta anche dai non addetti ai lavori. Ormai se ne parla non solo come soluzione per le nuove costruzioni ma anche come possibile alternativa ai tradizionali sistemi di riscaldamento all'interno degli edifici esistenti.

Oltre ad avere efficienze nettamente superiori alle caldaie in quasi ogni condizione di funzionamento, grazie "all'inversione di ciclo" del circuito frigorifero permettono anche di raffrescare l'edificio, evitando un secondo generatore.  Le pompe di calore elettriche oltre a cedere all’impianto l'energia prelevata dall'ambiente (aria, acqua o suolo) sfruttano la quota a basso contenuto di CO2 del mix elettrico, che è destinata ad una continua crescita; quindi, con il passare degli anni, l'uso di una pompa di calore diventerà sempre più sostenibile.

Inoltre, in presenza di fonti rinnovabili in loco (ad esempio, gli impianti fotovoltaici che sono i più diffusi sui nostri edifici), una pompa di calore diventa ancora più vantaggiosa potendone sfruttare direttamente la produzione.

Per questi e altri numerosi motivi, gli ultimi regolamenti e direttive del Green Deal europeo stanno promuovendo la diffusione di questa tecnologia in sostituzione delle caldaie a combustibile fossile all'interno degli edifici del nostro continente.

L’elettrificazione dei consumi energetici per il riscaldamento degli edifici e per la produzione di acqua calda sanitaria aumenterà la richiesta sia di energia elettrica sia di potenza elettrica. Pertanto, è fondamentale contenere il più possibile l’aumento di potenza elettrica a livello di singolo edificio al fine di limitare gli interventi di aumento di capacità dell’intera infrastruttura elettrica (singola utenza, cabine di trasformazione, rete distribuzione elettrica, centrali di produzione, ecc.). Per far questo è necessario progettare e gestire correttamente le pompe di calore per evitarne il sovradimensionamento. Di seguito, elenchiamo i punti importanti per un corretto dimensionamento.

1 - Metodi di calcolo

Adottare norme e metodi di calcolo della potenza per il riscaldamento degli edifici più precisi rispetto alla prassi odierna. Sia per edifici di nuova costruzione sia per edifici esistenti sottoposti a riqualificazione energetica, gli ormai consolidati metodi di calcolo dinamici permettono una più precisa individuazione della potenza massima reale di riscaldamento richiesta dall’impianto (esempio in figura 1).

Per gli edifici esistenti sottoposti a sostituzione del generatore con la firma energetica [1] è possibile calcolare in modo molto preciso la potenza realmente necessaria al riscaldamento dell’edificio partendo dai consumi di alcuni anni di esercizio dell’impianto esistente e dai dati di temperatura esterna della località (esempio in figura 2).

Fig.1 esempio di andamento delle temperature esterna (verde [°C]) e interna (rossa [°C]) e della potenza necessaria al riscaldamento (blu [kW])metodo di calcolo dinamico secondo la norma UNI EN 52016

Fig.2 esempio di firma energetica per l’individuazione della reale potenza del generatore necessaria al riscaldamento

2 -  Dati climatici

A causa del riscaldamento globale, negli ultimi 40 anni le temperature dell’aria hanno subito un notevole incremento. Nei calcoli di dimensionamento è pertanto necessario che siano utilizzati dati aggiornati.

In figura 3, è riportato l’andamento dei gradi giorno di riscaldamento medi in EU che, dal 1979 al 2022, sono diminuiti del 19% (temperature esterne aumentate mediamente del 19%).

Fig.3 gradi giorno di riscaldamento in EU, 1979-2022 fonte: Eurostat

3 -  Ore di funzionamento

Favorire il funzionamento della pompa di calore fino a 24 ore su 24 permette, per i casi in cui sia conveniente farlo (non si abbia ad esempio un impianto fotovoltaico in loco su cui massimizzare l’autoconsumo), di ridurne significativamente la taglia di potenza oltre che di aumentare le possibilità di mantenere distribuzione e terminali esistenti. Infatti, i terminali esistenti potranno funzionare a minore temperatura di mandata e, quindi, migliorare il COP (Coefficiente di Prestazione) della pompa di calore.

Fig.4 ore giornaliere di funzionamento degli impianti DPR 74/2013

I vantaggi del corretto dimensionamento

Concentrandoci sull’ambito residenziale, i vantaggi di un corretto dimensionamento della potenza della pompa di calore sono:

• Maggiori possibilità di sostituire generatori a combustibile con pompe di calore senza interventi rilevanti sull’impianto elettrico dell’edificio.
• Minor investimento per il cambio generatore e miglior uso del denaro pubblico destinato ai bonus edilizi.
• Miglior efficienza del generatore (anche nel caso di impianti ibridi o ad integrazione) grazie ad una quota maggiore di energia prodotta stando al di sopra della minima potenza di modulazione del generatore (riduzione del numero di accensioni e spegnimenti del compressore).
• Maggior durata della pompa di calore (riduzione del numero di accensioni e spegnimenti del compressore).
• Minori ingombri e maggior facilità ad integrare la pompa di calore nell’edificio. Unità esterne di dimensioni più contenute sono più facilmente collocabili su balconi e terrazzi.
• Più soluzioni impiantistiche adottabili, specialmente nelle riqualificazioni in contesti con molti vincoli (sia full electric sia ad integrazione di impianti esistenti a combustione).

Gli ultimi due punti diventano ancor più rilevanti in quei contesti con maggior difficoltà a convertire gli impianti in soluzioni elettriche, quali gli edifici nei centri città, in particolare quelli a carattere storico artistico, spesso vincolati architettonicamente. Tali vincoli richiedono tipicamente soluzioni impiantistiche non standard, tanto più realizzabili quanto più sono contenuti gli ingombri degli impianti, in particolare quelli delle unità esterne delle pompe di calore.

L’impossibilità di posizionare le unità esterne spesso fa sì che sia necessario adottare soluzioni che ne siano prive; esistono, infatti, pompe di calore monoblocco ad aria da installazione interna che permettono di elettrificare la climatizzazione e il riscaldamento anche di questi edifici. Una corretta valutazione della potenza realmente necessaria facilita l’adozione anche delle soluzioni di questo genere.

Gli strumenti legislativi e di incentivazione, pertanto, dovrebbero condurre i tecnici, i progettisti e gli installatori ad effettuare dimensionamenti accurati delle pompe di calore, al fine di conseguire maggiori benefici avvicinando così la prospettiva di una decarbonizzazione totale.

NOTE

[1] La “firma energetica” è l’analisi della relazione che esiste fra la temperatura esterna e la potenza termica media utilizzata per riscaldare un edificio. La firma energetica può anche essere fatta per il raffrescamento.