PDC: il ruolo dell’energia solare negli impianti a pompa di calore, innovazione nei materiali, refrigeranti naturali e tecnologia integrata

Pompe di calore: la transizione energetica, flessioni di mercato e la costante necessità di un turnover tecnologico

Refrigeranti a basso impatto ecologico, materiali innovativi ad alte prestazioni, integrazione di tecnologie avanzate, completo distacco da fonti energetiche non rinnovabili (sia nel ciclo di produzione che nel funzionamento) e conformità ai principi dell’economia circolare sono alcuni dei punti cruciali per il futuro dei sistemi di climatizzazione.

La transizione tecnologica dagli apparecchi alimentati a combustibili fossili verso l’elettrificazione deve essere considerata un processo avviato e in continua espansione, che dovrà evolvere verso il concetto di retrofit, mirato a prolungare la vita utile degli impianti e a migliorare la loro efficienza, con l’obiettivo di ridurre ulteriormente costi e impatto ambientale attraverso design innovativi capaci di apportare aggiornamenti continui a un impianto esistente, ritardando così il più possibile la necessità di una sostituzione totale. Gli utenti finali devono essere informati e consapevoli dell’importanza del cambiamento e delle soluzioni disponibili; d’altra parte, l’impegno economico e culturale richiesto dalla transizione ecologica deve essere sostenuto da politiche incentivanti adeguate e da un quadro normativo chiaro, accessibile e ben definito.

Gli obiettivi di decarbonizzazione e neutralità climatica rappresentano una sfida impegnativa, ma la fiducia nel progresso tecnologico e la crescente consapevolezza dell’importanza di questi obiettivi offrono opportunità di crescita.

Negli ultimi anni, le pompe di calore si sono affermate come soluzioni chiave nella climatizzazione, sfruttando fonti rinnovabili come aria, acqua e suolo per ridurre le emissioni di gas serra e migliorare l’efficienza energetica. Il turnover tecnologico, che implica l’adozione di tecnologie più moderne e sostenibili a scapito di quelle obsolete, è fondamentale in questo contesto. In passato, il focus era sulla semplice sostituzione di caldaie a gas con modelli a condensazione, che, sebbene efficienti, continuavano a dipendere dai combustibili fossili e a generare emissioni inquinanti.

In questo scenario, le pompe di calore emergono come una tecnologia promettente, utilizzando l’energia termica presente nell’ambiente per riscaldare o raffrescare gli spazi interni, basandosi sul principio del trasferimento di calore attraverso un ciclo termodinamico, con un impatto ambientale significativamente ridotto rispetto alle soluzioni tradizionali.

Fino al 2022, il mercato delle pompe di calore ha registrato una crescita costante, grazie certamente anche al Superbonus 110%, che ha incentivato l’adozione di questa tecnologia nel settore residenziale, responsabile di circa la metà del consumo di energia primaria. Tuttavia, dal 2023, si è osservato un significativo rallentamento nella diffusione delle pompe di calore, causato da fattori come cambiamenti nelle politiche di incentivazione, incertezze normative e fluttuazioni economiche.

Negli ultimi due anni, le modifiche legislative hanno generato confusione tra operatori e contribuenti, scoraggiando gli investimenti, soprattutto per famiglie e imprese che dipendono da aiuti economici per le spese iniziali. Inoltre, l’aumento del costo della vita e dell’inflazione, amplificato dalla situazione geopolitica, ha limitato ulteriormente le capacità di investimento.

Ma questa flessione, deve essere considerata solo come una fase temporanea. Gli obiettivi dell’Unione Europea per ridurre le emissioni di gas serra e raggiungere la neutralità climatica entro il 2050 sono chiari e rappresentano un’opportunità per il settore delle pompe di calore, che può crescere in innovazione e produttività. L’UE ha intensificato gli sforzi per promuovere la sostenibilità ambientale, in particolare nel settore edilizio, attraverso la revisione della Direttiva sulla Prestazione Energetica degli Edifici (EPBD), con l’obiettivo di ridurre le emissioni di gas serra del 55% entro il 2030.

In Italia, il patrimonio edilizio è ancora troppo tragicamente obsoleto. La Legge di Bilancio 2025 ha introdotto importanti modifiche alle agevolazioni fiscali per l’edilizia, rimodulando le detrazioni al 50% per il 2025, ridotto poi al 36% per il biennio successivo.

A breve in questi primi mesi del 2025, dovrebbe entrare in vigore il nuovo Conto Termico 3.0, che offrirà contributi a fondo perduto per miglioramenti dell’efficienza energetica e l’installazione di impianti rinnovabili.

Il programma sarà accessibile a pubbliche amministrazioni, alle cooperative, ai privati e alle comunità energetiche, con incentivi che varieranno dal 40% al 65%, fino al 100% per piccoli comuni. Tra i costi ammissibili ci dovrebbero essere anche l’installazione di impianti fotovoltaici e le pompe di calore, con un iter semplificato per gli apparecchi di piccole dimensioni.

PER APPROFONDIRE: Ostacoli all’adozione delle pompe di calore in Europa: Politiche Nazionali, costi dell’energia ed informazioni fuorvianti

I principali componenti di una pompa di calore

Esistono diverse tipologie di pompe di calore progettate per adattarsi a specifiche esigenze di riscaldamento e raffreddamento. Le principali sono:

Tra i componenti principali di una pompa di calore, troviamo innanzitutto l’evaporatore, dove avviene l’assorbimento del calore dall’ambiente esterno e la trasformazione del refrigerante da liquido a gas. Successivamente, il compressore aumenta la pressione del vapore, innalzandone la temperatura per facilitare il trasferimento di calore. Poi c’è il condensatore, dove il vapore ad alta pressione cede calore all’interno dell’edificio, raffreddandosi e tornando allo stato liquido. Il dispositivo di espansione regola il flusso del refrigerante, abbassando la pressione e permettendo il ritorno all’evaporatore. Infine, i ventilatori o le pompe aiutano a muovere l’aria o l’acqua nel sistema.

PER APPROFONDIRE: Come utilizzare al meglio le pompe di calore: il ruolo del bilanciamento

Il principio alla base di queste apparecchiature è l’utilizzo delle risorse ambientali per generare energia termica, richiedendo solo energia elettrica per il loro funzionamento, il che riduce praticamente a zero le emissioni dirette.

Questi dispositivi non producono emissioni atmosferiche poiché non bruciano combustibili, ma possono generare “emissioni indirette” legate al potenziale di riscaldamento globale (GWP) dei refrigeranti utilizzati e alla provenienza dell’elettricità, specialmente se derivata da fonti fossili. Esistono, tuttavia, soluzioni per mitigare tali emissioni.

In termini di efficienza, è comprovato che il rendimento (COP - coefficient of performance) di una
pompa di calore sia nettamente superiore rispetto a quello di una caldaia a condensazione di ultima generazione.

Il COP quindi rappresenta l’efficacia (o, per l’appunto, efficienza) di una pompa di calore, ossia è il rapporto tra l’energia termica generata (calore ceduto al mezzo da riscaldare) e l’energia elettrica assorbita, indicando, mediante un valore numerico, la quantità di energia impiegata dalla macchina per ottenere una certa quantità di calore: un elevato valore COP corrisponde a una maggiore quantità di energia termica erogata a fronte di un minore dispendio di energia per riscaldare l’ambiente.

Il COP è variabile a seconda della tipologia di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento ed ha, mediamente, valori prossimi a 3; questo significa che per 1 kWh di energia elettrica consumato l’impianto fornirà 3 kWh di calore al mezzo da riscaldare. Tuttavia, il COP varia in base al tipo di pompa e alle condizioni operative, con valori che possono raggiungere fino a 5,5 in sistemi a bassa temperatura, come quelli con pannelli radianti.

Rispetto a una caldaia a condensazione, che ha un rendimento massimo del 105-110%, è evidente il vantaggio in termini di efficienza offerto dalle pompe di calore, anche con un COP medio-basso (tra 2 e 3).

Le pompe di calore offrono numerosi vantaggi, tra cui la loro flessibilità e capacità di adattamento. Possono essere integrate con impianti esistenti ad alta temperatura, risultando ideali per ristrutturazioni leggere di edifici già presenti. Inoltre, sono in grado di fornire acqua calda sanitaria, sostituendo efficacemente i tradizionali generatori. Un ulteriore aspetto positivo è la loro capacità di raffrescare gli ambienti durante i mesi estivi, grazie all’inversione del ciclo termodinamico.

Oltre alla climatizzazione, la tecnologia delle pompe di calore trova applicazione anche in processi industriali, per migliorare l’efficienza dei sistemi produttivi attraverso il recupero del calore generato durante le lavorazioni, utile per mantenere fluidi chimici e gestire circuiti termici.

Tuttavia, ci sono anche alcuni svantaggi da considerare:

1. Costi iniziali: l’installazione di un sistema a pompa di calore richiede un investimento iniziale considerevole rispetto ad altre soluzioni di riscaldamento e raffreddamento.
2. Efficienza in condizioni estreme: in situazioni climatiche particolarmente rigide, le prestazioni delle pompe di calore possono diminuire, necessitando di sistemi di supporto.
3. Dipendenza dalla fonte di calore esterna: l’efficacia della pompa è influenzata dalla disponibilità e dalla temperatura della fonte di calore (aria, acqua, terreno), che può impattare le prestazioni.

In conclusione, l’innovazione tecnologica non deve limitarsi a un semplice aggiornamento di apparecchiature obsolete, ma deve rappresentare una vera e propria svolta verso l’adozione di tecnologie rinnovabili.

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• Il ruolo dell’energia solare negli impianti a pompa di calore
  
• Innovazione nei materiali, refrigeranti naturali e tecnologia integrata