L’installazione di pompe di calore in edifici residenziali esistenti

Integrazione di pompe di calore in edifici residenziali

Nell’ottica di ridurre le importazioni di gas naturale, la Commissione Europea ha fissato l'ambizioso obiettivo di installare 10 milioni di nuove pompe di calore nell’arco di 5 anni, promuovendo di fatto l'elettrificazione del settore del riscaldamento e del raffreddamento.

Le pompe di calore reversibili , in grado di coprire il fabbisogno di riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria degli edifici, senza emissioni inquinanti locali e sfruttando il calore proveniente dall'aria, dall'acqua e dal suolo, rappresentano una delle tecnologie più promettenti.

Nonostante l’uso di pompe di calore in edifici ristrutturati stia prendendo sempre più piede, progettisti, installatori e utenti mostrano ancora molteplici riserve, principalmente in merito al funzionamento corretto della nuova installazione in relazione ad un sistema di distribuzione progettato per funzionare con una caldaia ad alta temperatura, alle prestazioni e i costi operativi complessivi e al possibile rumore aggiuntivo introdotto.

Di fatto, i sistemi a pompa di calore possono essere soluzioni economicamente sostenibili anche senza incentivi in molte applicazioni: nelle case di nuova costruzione, ad esempio, i sistemi a pompa di calore hanno raggiunto lo stadio di un mercato di massa, da un lato perché contribuiscono ad aumentare notevolmente la quota di fonti rinnovabili sfruttata per coprire i carichi termici dell’edificio, facilitando il raggiungimento dei requisiti minimi di efficienza energetica; dall’altra parte, consentono di coprire gli usi di riscaldamento e raffreddamento con un'unica unità di generazione.

In questo caso, il costo aggiuntivo del sistema a pompa di calore è solo marginale rispetto a una soluzione convenzionale costituita da caldaia a gas + unità split, mentre i costi di gestione sono significativamente inferiori.

A riprova di ciò, nel 2021 quindi, il mercato delle pompe di calore di piccola taglia per applicazioni residenziali e terziarie ha registrato un aumento del 34% rispetto all'anno precedente, con quasi 2,2 milioni di unità installate nell'Ue e arrivando a coprire complessivamente circa il 21-22% del mercato dei generatori di calore su piccola scala.

Gli ostacoli della transizione da caldaia a pompa di calore

Nonostante l'enorme potenziale, le principali barriere a una più rapida adozione della tecnologia sono principalmente culturali e legate alla struttura conservativa del mercato delle costruzioni; l'ostacolo maggiormente percepito in questo senso riguarda l’integrazione del sistema a pompa di calore con una distribuzione del calore che utilizza radiatori.

Nelle abitazioni costruite prima degli anni '80, i radiatori venivano dimensionati sulla base di una temperatura di mandata compresa tra i 70°C e gli 80°C.

La percezione comune è che tali terminali non siano in grado di coprire i carichi termici garantendo il necessario comfort, quando funzionano a temperature più basse.

L’esperienza raccolta durante diverse campagne di monitoraggio su casi studio reali, ha invece evidenziato che un radiatore può funzionare idoneamente anche ad alimentazioni comprese tra 50 e 55°C, pienamente compatibili con il funzionamento di una pompa di calore convenzionale.

L'installazione di un sistema a pompa di calore risulta più idonea se eseguita contemporaneamente all'adeguamento energetico dell'involucro dell'edificio: i dati di monitoraggio mostrano come ovviamente un risanamento completo dell'edificio, sia ideale per minimizzare il consumo elettrico della pompa di calore; tuttavia, prestazioni energetiche soddisfacenti, possono essere ottenute anche con misure più modeste, come la sostituzione delle finestre, l'isolamento del tetto e il bilanciamento idraulico della distribuzione ove possibile.

Un ulteriore ostacolo sta nel fatto che l'installazione di sistemi a pompa di calore in edifici ristrutturati richiede modifiche al locale tecnico e installazioni aggiuntive, rispetto alla semplice sostituzione della caldaia esistente con una nuova. Di conseguenza, le imprese di costruzione e i proprietari di casa spesso scelgono la via più semplice ed economica, chiaramente molto meno efficiente dal punto di vista energetico.

Per risolvere questo problema, i produttori stanno mettendo in commercio soluzioni sempre più facili da installare e adatte specificamente ai condomini da risanare. A questa categoria appartengono tutti i  sistemi ibridi  e le unità idroniche, che permettono di integrare il nuovo impianto a pompa di calore nell’esistente a caldaia.

Sistemi a pompa di calore adattabili

Tra i sistemi più innovativi, stanno approcciando il mercato nuovi sistemi progettati come impianti ad anello ad acqua: micro-pompe di calore acqua-aria con una capacità termica compresa tra 1 e 3 kW sono installate in ogni stanza dell’abitazione, sostituendo i radiatori esistenti e consentendo di coprire sia i fabbisogni di riscaldamento che di raffrescamento.

A tal fine, le singole unità distribuite sono alimentate da un circuito a bassa temperatura, in cui la temperatura dell’acqua varia tra 15°C e 30°C, per ottimizzare le prestazioni del sistema nell'arco della giornata e delle stagioni. Un sistema di pompe di calore centralizzate aria-acqua e di accumulatori termici bilancia i carichi termici che insistono sull'anello ad acqua. L'utilizzo di micro-pompe di calore acqua-aria in ogni stanza consente di coprire in modo molto preciso i carichi termici.

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Contributo a cura di Eurac Research - Istituto per le energie rinnovabili