Analisi del contributo delle pompe di calore nel settore residenziale alla decarbonizzazione nazionale
di Filippo Busato
Nel 2007 con il 4th Assessment Report (capitolo “The physical science basis”) dell’IPCC (commissione intergovernativa di osservatorio sul cambiamento climatico) viene sancita la responsabilità antropica del cambiamento climatico dovuta all’accumulo di CO2 in atmosfera [1]. La necessità di decarbonizzazione è quindi un imperativo.
Vale peraltro la pena considerare il fatto che la “crisi del gas” è iniziata prima del conflitto [2], e questo fatto assolutamente non semplifica, quanto semmai amplifica, la necessità di una riflessione profonda sulla necessità di ridurre la dipendenza.
Da queste considerazioni nasce uno stimolo investigativo sul contributo delle pompe di calore nel settore residenziale alla decarbonizzazione dell’Italia [3].
Il punto di partenza: consumi di gas naturale per il riscaldamento (settore residenziale)
I consumi di gas naturale nel settore residenziale sono pari a 19.7 miliardi di metri cubi (Fonte ARERA [4]. L’utilizzo che viene fatto del gas a livello residenziale è per circa l’80% fabbisogno di riscaldamento, mentre il restante 20% può essere considerato ripartito tra produzione di acqua calda sanitaria e cottura cibi.
Partendo dai consumi di gas a livello regionale per le reti di distribuzione e tenendo conto delle condizioni climatiche si possono ripartire i consumi di gas a livello regionale. In tal modo si può ricavare un valore indicativo di consumo di gas per edificio tenendo conto anche dei dati Istat di popolazione, superficie residenziale e composizione media di nucleo famigliare [5]. I valori di gas ripartiti a livello regionale e per unità residenziale, sono omessi per brevità ma riportati in letteratura [3][6].
Le pompe di calore
La pompa di calore è una macchina termodinamica a ciclo inverso che, durante il funzionamento, produce entrambi gli effetti utili, frigorifero e termico. L’utilizzo di uno solo o di entrambi, contemporaneamente o in tempi diversi, è funzione delle specifiche esigenze dell’utenza servita e/o del clima della località. Dal punto di vista storico la nascita e lo sviluppo di queste macchine sono stati fortemente connessi con l’esigenza pratica di produrre ghiaccio.
Da dove nasce l’esigenza di utilizzo della pompa di calore ad utilizzo riscaldamento, quando esiste la combustione ed è utilizzata in maniera diffusa da molto prima?
La risposta dal punto di vista termodinamico è molto semplice: dal punto di vista exergetico, o di secondo principio, o di energia primaria, la pompa di calore ha un’efficienza doppia rispetto a quella di una caldaia [7].
L’efficienza naturalmente dipende dal tipo di applicazione e dal clima considerato. Una prima distinzione va fatta tra impianti che lavorano ad alta temperatura (terminali a radiatore) e impianti che lavorano a temperatura media e bassa (ventilconvettori, impianti a espansione diretta e impianti radianti). Si deve quindi considerare anche la composizione del paniere di impianti esistenti (per la maggior parte ad alta temperatura, soprattutto nei climi più freddi.
Le pompe di calore e l’utilizzo per il riscaldamento
Vista la bassa richiesta di calore nella zona climatica B e considerata la bassa incidenza di impianti a radiatori in questa area, si può ipotizzare che il calore possa essere fornito da macchine a espansione diretta o a media e bassa temperatura [9].
Nei climi C, D, E ed F, invece, si ipotizza di avere impianti con esistenti con radiatori e caldaia. In questi casi per una pompa di calore ad alta temperatura (usualmente con compressore scroll) si potrebbe lavorare al limite di 70 °C di temperatura di mandata per l’impianto a radiatori con 0 °C di temperatura esterna. Tale temperatura permetterebbe quindi di soddisfare in tutte le zone climatiche il fabbisogno di energia fino a 0 °C. Nelle zone climatiche C e D, pertanto si può arrivare a coprire tutto il fabbisogno energetico richiesto dall’edificio mediante una pompa di calore ad alta temperatura (come evidenziato per un edificio campione riportato nella seguente Figura 1).
Ipotesi su un possibile piano di medio periodo (quinquennale?)
La potenza media installabile per alloggio è di circa 3.3 kW che comporterebbe una potenza massima installabile di 33 GW di potenza termica installabile. Ipotizzando un costo di 2.000 €/kW per la sola pompa di calore e di 1.500 €/kW per l’installazione questo significherebbe 67 miliardi di € per la produzione di pompe di calore e di 50 miliardi di € di economia indotta al settore idraulico e dei costruttori. Considerato l’attuale fatturato del settore delle pompe di calore (2.5 miliardi di €) questo significa che se si volesse raggiungere l’installazione di pompe di calore in tutto il settore del residenziale occorrerebbe quintuplicare l’attuale produzione di pompe di calore, traguardo che potrebbe essere raggiunto se ci fosse la volontà politica di farlo. Occorre a tal fine pensare a diverse opzioni di incentivazione per l’installazione di questi prodotti, oltre che alla produzione e fornitura di sistemi standardizzati facilitando la progettazione (delle macchine e del progettista termotecnico) e l’installazione dei sistemi di produzione.
Se la prospettiva di decarbonizzazione vede un contributo determinante nell’adozione delle pompe di calore come sistema di generazione, esso va inquadrato all’interno di un processo più lento, ma con cui si crea sinergia, di riqualificazione energetica degli edifici.
Oltre all’incentivazione della domanda, è necessario tuttavia considerare anche gli aspetti industriali e produttivi per i quali è necessario, come si sta facendo per le rinnovabili, varare politiche ambiziose e di lungo periodo.
Riferimenti
- https://www.ipcc.ch/assessment-report/ar4/
- Rampini F., 2022, Il lungo inverno, Mondadori.
- De Carli M, Marigo M, Zulli F, et al., 2020. Action D3. Bilancio energetico del settore residenziale—Report sui consumi dei vettori energetici impiegati nel riscaldamento delle abitazioni del Bacino Padano. Available at https://www.lifeprepair.eu/wp-content/uploads/2020/10/D3_Report-sul-bilancio-energetico_Rev3_per_pubblicazione.pdf
- https://www.arera.it/it/dati/elenco_dati.htm
- https://dati-censimentopopolazione.istat.it/Index.aspx
- Marigo M, Zulli F, Bordignon S, Carnieletto L, Emmi G, De Carli M., 2022. Energy analysis of a wood or pellet stove in a single-family house equipped with gas boiler and radiators. Building Simulation. 2022, 15 (9): 1577-1593. https://doi.org/10.1007/s12273-022-0884-1
- Busato F., Noro M., 2022, Storia delle pompe di calore: principi, tecnologie, applicazioni, IX Convegno di Storia dell’Ingegneria, Associazione Italiana Storia dell’Ingegneria AISI, Napoli.
- De Carli et al., 2022, Pompe di calore e riduzione della dipendenza da gas naturale, AiCARR Journal, n. 75, pp. 26-29.
- Carnieletto L, Badenes B, Belliardi M, Bernardi A, Graci S, Emmi G, Urchueguía Javier F., Zarrella A, Di Bella A, Dalla Santa G, Galgaro A, Mezzasalma G, De Carli M., 2019, A European Database of Building Energy Profiles to Support the Design of Ground Source Heat Pumps. ENERGIES, vol. 12, ISSN: 1996-1073, https://doi:10.3390/en12132496
