Pompe di calore a gas e apparecchi ibridi per la decarbonizzazione: stato dell’arte e trend futuri

La crisi energetica che stiamo attraversando richiede un nuovo approccio alla transizione ecologica affinché possa garantire non solo la realizzazione dei target ambientali, ma anche la competitività della nostra industria e la sostenibilità sociale. La decarbonizzazione dei consumi energetici, per avere successo, deve offrire una pluralità di soluzioni e tecnologie economicamente accessibili, abbandonando una logica di esclusività.

Tre i protagonisti della tavola rotonda sul tema delle pompe di calore a gas, queste le tematiche presentate: La visione di Assotermica sulla multitecnologia e il ruolo delle pdc a gas, a cura di Enrico Casali, Come funzionano e quali vantaggi hanno le pdc a gas, a cura di Alessandro Ferrara e Le prospettive di evoluzione future a cura di Sergio Zallocco.

Le pompe di calore a gas: la tecnologia

Le pompe di calore a gas (definite GHP, Gas Heat Pump) sono apparecchi capaci di unire le caratteristiche e i vantaggi di 2 tecnologie per il riscaldamento:

• Le caldaie a condensazione: usano un vettore energetico disponibile, producono riscaldamento e acqua calda sanitaria e utilizzano poca energia elettrica;
• Le pompe di calore: usano energia rinnovabile, sono più efficienti di una caldaia e possono fare anche condizionamento.

Le pompe di calore a gas utilizzano il gas naturale come fonte energetica primaria per alimentare il compressore, anziché l'elettricità. Questa tecnologia combina l'efficienza termodinamica delle pompe di calore tradizionali con l'infrastruttura del gas esistente, consentendo una transizione più graduale verso sistemi a basse emissioni. Il vantaggio principale è la maggiore efficienza rispetto alle caldaie tradizionali, con una riduzione significativa delle emissioni di CO₂.

Inoltre, i green gas rappresentano un'opzione importante per la decarbonizzazione dei consumi di combustibili fossili, in sinergia e complementarietà rispetto all'elettrificazione. Questi combustibili verdi, oltre a ridurre l'impatto ambientale dei combustibili, aumentano la percentuale di energia rinnovabile utilizzata dalle pompe di calore a gas.

Tra queste tecnologie efficienti le pompe di calore a gas possono portare un immediato e reale contributo alla decarbonizzazione perché sono una tecnologia consolidata, disponibile e applicabile da subito, che non richiede modifiche strutturali e che può essere alimentata da combustibili rinnovabili.

Le destinazioni d’uso per le installazioni di una GHP sono molteplici, tra queste vi sono:

• Hotel, ristoranti;
• Centri sportivi;
• Commercio, logistica;
• RSA, ospedali, case di cura;
• Edilizia condominiale;
• PMI;
• Scuole, uffici;
• Pubblica Amministrazione.

Durante l’evento è stato presentato un caso studio relativo a un condominio di 50 appartamenti situato a Milano e i risultati dello studio svolto dall’Università delle Marche commissionato da Assotermica nel quale sono stati mostrai i risultati del miglioramento della classe energetica di diversi edifici nei quali è stato sostituito solo l’impianto termico esistente con una pompa di calore ad assorbimento a gas.

Al fine di aumentare l’utilizzo e la diffusione delle pompe di calore a gas è necessario considerare il metano quale ottimo alleato con ruolo strategico per la transizione energetica. Inoltre sono attualmente in fase di analisi le possibilità di incremento della quota percentuale dei green gas, quali:

• Biometano;
• H2 (fino 20%) nella rete esistente;
• e-NG (metano sintetico)

Il settore termico riveste un ruolo molto importante nel raggiungimento degli obiettivi rinnovabili; è infatti richiesto un cambiamento tecnologico deciso, verso soluzioni che favoriscano la penetrazione delle fonti rinnovabili.

Tre i protagonisti della tavola rotonda sul tema delle degli apparecchi ibridi, queste le tematiche presentate: La storia degli apparecchi ibridi in Italia, a cura di Valentina D’Acunti, Perché scegliere un ibrido? I principali vantaggi, a cura di Stefano Casandrini e Scenari di sviluppo della tecnologia, a cura di Roberto Cortese.

Gli apparecchi ibridi: la tecnologia

Un apparecchio ibrido “factory made” è un ‘prodotto’ costituito da tre componenti:

• Unità funzionale a gas a condensazione (per brevità: ‘caldaia a condensazione’);
• Unità funzionale elettrica a pompa di calore aria-acqua reversibile (per brevità: ‘pompa di calore’ o PDC);
• Una centralina di gestione dell'apparato, di regolazione e di ottimizzazione.

Apparecchi ibridi: la definizione

Un apparecchio ibrido non è un mero insieme di due o più generatori, ma è costituito da unità ed elementi specificamente concepiti ed assemblati dal costruttore per lavorare in combinazione fra loro. È importante il focus sul «master control» e sulla sua capacità di ottimizzare il funzionamento dell'apparecchio. Non un semplice controllo di temperatura, ma un controllo in grado di considerare diversi parametri anche contemporaneamente e scegliere il funzionamento più adatto allo scopo.

Evoluzione normativa e vantaggi degli apparecchi ibridi

La storia degli apparecchi ibridi ha più di 10 anni, la sua evoluzione normativa è riassunta nei punti di seguito:

• 2011: D.Lgs. 28/2011;
• 2013: Reg. 813 e 811;
• 2015: EU Guidelines 2015;
• 2015: Discussione con la CE su come considerare gli ibridi;
• 2016: Proposta al MISE di considerare gli ibridi come una specifica categoria di prodotto;
• 2016: CONTO TERMICO (CT 2.0) include ibridi;
• 2016: DEFINIZIONE IBRIDI FACTORY MADE;
• 2017: 26 Sett. 2017 Workshop di alto livello organizzato da Assotermica con le istituzioni nazionali preposte agli incentivi -> Lancio del «manuale sugli ibridi» (Assotermica);
• 2017: Dic. 2017 Legge di bilancio 2018 include gli ibridi nell'eco-bonus

Diversi sono i vantaggi dei sistemi ibridi nella sostituzione di caldaie su impianti esistenti, questi sono stati descritti durante l’evento e sono riassunti di seguito:

• No urgenza di isolare l'edificio (come prerequisito);
• Viene acquistata e installata una Pompa di Calore di taglia ridotta (molto più economica) rispetto a un sistema con sola Pompa di Calore FULL ELECTRIC;
• Il costo totale (nonostante la caldaia) è spesso inferiore a quello di una pompa di calore FULL ELECTRIC con serbatoio di acqua calda sanitaria;
• L'installazione può avvenire in tempi molto più brevi, simili al tempo standard di sostituzione di una caldaia (minore stress e discomfort per il committente);
• Utilizza molto meno spazio di una Pompa di Calore FULL ELECTRIC (non servono componenti o serbatoi in casa/cucina);
• Non è necessario aumentare la superficie dei radiatori;
• La portata di lavoro inferiore del circolatore fa sì che si possano utilizzare le tubazioni di distribuzione classiche da 10 mm senza sacrificare comfort e affidabilità, usando anche componenti più piccoli e meno costosi (filtri).

Scenari di sviluppo della tecnologia per gli apparecchi ibridi

Per quanto riguarda gli scenari di sviluppo della tecnologia ad oggi siamo in attesa del nuovo Decreto Requisiti Minimi, attualmente in fase di discussione a livello ministeriale. Nello schema in Figura 2 è riassunta l’evoluzione a partire dall’anno 2016.

Diverse saranno le configurazioni dei sistemi, alcune sono già disponibili sul mercato, altre invece sono in fase di ottimizzazione e di studio. Queste sono riassunte in Figura 3.

Il Codice di Condotta e l’European Data Act per l’interoperabilità dei sistemi

Lo scopo del Codice di condotta (COC) per i produttori di Energy Smart Appliances (ESA) sarebbe l'aumento degli apparecchi energetici intelligenti interoperabili che andranno poi immessi sui mercati europei. In questo modo sarà possibile anche definire i servizi di flessibilità della domanda e le informazioni necessarie per l'abilitazione. Comprende inoltre i "casi d'uso" quali: avvio flessibile, monitoraggio del consumo energetico, limitazione del consumo energetico, gestione dei consumi energetici.

L'European Data Act (EDA) è entrato in vigore nel 2024 e diventerà applicabile il 12 settembre 2025. Mira a migliorare la condivisione dei dati, a promuovere l'innovazione e a garantire la protezione dei dati personali, anche di consumo, in tutta l'Unione Europea. II nuovo regolamento promuoverà l'uso dei dati e ne garantirà la condivisione, la conservazione e il trattamento nel pieno rispetto delle norme europee.

In conclusione la decarbonizzazione degli edifici per Assotermica non può prescindere da un approccio multi-tecnologico, pragmatico e globale.