Conviene davvero un sistema ibrido per il riscaldamento residenziale?

In un contesto energetico in continua evoluzione, la domanda di soluzioni che garantiscano efficienza, affidabilità e sostenibilità è sempre più centrale, soprattutto nel settore residenziale. I sistemi ibridi per il riscaldamento rappresentano oggi una delle risposte più mature e versatili a questa sfida.

Questi impianti integrano due tecnologie complementari — una pompa di calore e una caldaia a condensazione — in un unico sistema che regola automaticamente il funzionamento di ciascuna fonte in base alle condizioni climatiche esterne, ai costi energetici e al fabbisogno dell’edificio. Un principio semplice, ma capace di ottimizzare le prestazioni senza rinunciare alla continuità del servizio.

Un sistema intelligente che si adatta al clima

Per “sistema ibrido” si intende un dispositivo o un impianto in cui sono presenti generatori di calore alimentati da diverse fonti di energia, solitamente un combustibile fossile e una fonte rinnovabile.

Nella sua versione più diffusa, un sistema ibrido combina:

• una caldaia a condensazione, alimentata da combustibili fossili (gas o GPL);
• una pompa di calore, che sfrutta una fonte rinnovabile, come ad esempio l’aria, ed è alimentata ad energia elettrica.

Un sistema ibrido composto da una pompa di calore aria-acqua e una caldaia a gas a condensazione risulta particolarmente vantaggioso perché in grado di attivare di volta in volta il generatore più efficiente in base alle condizioni di funzionamento.

Nel nostro paese, il clima è generalmente mite e dunque l’uso di una pompa di calore ad aria può dimostrarsi vantaggioso, anche se per privati e aziende può essere importante, in particolare nei casi di medie e grande potenza dove risulta difficile prevedere un impianto full electric, disporre di un sistema di integrazione per provvedere al riscaldamento durante i periodi più freddi senza dover sovradimensionare la pompa di calore.

Pompa di calore e caldaia a condensazione: come funziona l’integrazione

Il cuore dei sistemi ibridi è dunque rappresentato da un sistema di gestione automatica e intelligente che decide quale generatore attivare — o se attivarli entrambi — per garantire la miglior efficienza istantanea.

In presenza di temperature esterne miti, la pompa di calore lavora in modo efficiente sfruttando l’energia aerotermica.

Quando il clima diventa rigido o il COP della pompa cala sotto una soglia prestabilita, il sistema commuta sulla caldaia, che può così rispondere rapidamente anche a richieste termiche elevate.

È possibile, dunque, far gestire l’impianto sulla base della temperatura esterna come segue:

• temperature invernali miti: agisce solo la pompa di calore, che in questa condizione è particolarmente efficiente
  
• temperature rigide: in questa condizione la pompa di calore riceve dal generatore supplementare (es. caldaia a condensazione) parte del calore necessario a riscaldare l’impianto
  
• temperature molto rigide: agisce solo il generatore supplementare (es. caldaia a condensazione) per garantire la temperatura desiderata dell’acqua e soddisfare la richiesta di riscaldamento.

In questo modo, l’ibrido evita sprechi energetici, limita l’usura dei componenti e mantiene una temperatura ambiente costante senza picchi o discontinuità.

Nella figura in basso viene rappresentato il funzionamento di un sistema ibrido composto da una pompa di calore (PDC) e una caldaia a condensazione, in funzione della temperatura esterna.

L'intersezione tra la curva del fabbisogno termico dell’edificio (in blu) e la curva della potenza termica disponibile dalla PDC (in rosso) identifica il punto di bivalenza: sotto Tb la sola pompa di calore non è più sufficiente a coprire il fabbisogno, rendendo necessaria l'integrazione della caldaia.

Riqualificazione impiantistica: perché l’ibrido è ideale per edifici esistenti

Uno dei grandi vantaggi dei sistemi ibridi è la loro versatilità progettuale. A differenza di soluzioni full electric o impianti basati su pompe di calore ad alta efficienza, l’ibrido si adatta facilmente anche a impianti preesistenti, compresi quelli dotati di radiatori tradizionali.

L'integrazione non richiede necessariamente la sostituzione dei terminali di emissione o la modifica del circuito idraulico: questo rende l’ibrido una soluzione tecnica vantaggiosa per la riqualificazione energetica, in particolare nelle ristrutturazioni dove gli interventi invasivi sono difficili o costosi.

Va evidenziato, che le moderne pompe di calore residenziali hanno un’efficienza molto elevata anche a temperature esterne molto rigide; quindi, diventa sempre più difficile trovare il punto di convenienza economica della caldaia, a meno di andare a temperature esterne estremamente basse (minori di -10 °C).

Per questo motivo il concetto moderno di sistema ibrido, almeno nelle sue applicazioni con pompe di calore residenziali, prevede che la caldaia entri in funzione principalmente quando manca potenza all’impianto.

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Il caso di un condominio esistente

Un tipico esempio di questa applicazione è il condominio, che sarà il teatro principale della prossima sfida della transizione energetica.

Supponiamo, ad esempio, di avere un impianto esistente da circa 100 kW con caldaia tradizionale e di sostituirlo con un sistema ibrido composto da una caldaia a condensazione, sempre da 100 kW, e una pompa di calore residenziale da 40 kW.

Il grafico seguente mostra la quota parte di fabbisogno invernale coperta dalla pompa di calore (istogramma arancione) e quella coperta dalla caldaia (spazio grigio restante).

Nel grafico in basso si può notare che è stata volutamente impostata una curva climatica piuttosto spinta (80°C di mandata acqua a -5°C esterni) proprio per accentuare la prestazione delle moderne pompe di calore residenziali.

La copertura del fabbisogno da pompa di calore è intorno all’80% del fabbisogno complessivo invernale. La caldaia entra in funzione solo al di sotto dei 5°C per mancanza di potenza e diventa l’unico generatore per poche ore all’anno, in questo caso sotto i -2°C proprio per limiti di funzionamento della pompa di calore (70°C di mandata) in corrispondenza di una curva climatica volutamente alta.

Con una tradizionale pompa di calore (di estrazione commerciale), e con la stessa curva climatica, la copertura sarebbe notevolmente più bassa.

Funzionamento parallelo vs alternato: quale strategia conviene?

In generale, la copertura del fabbisogno da parte di pompe di calore dipende fortemente dal funzionamento della pompa di calore stessa.

Il grafico seguente mostra la differenza tra:

• funzionamento parallelo (A)

• funzionamento alternato (B)

Nel funzionamento alternato la pompa di calore si ferma al raggiungimento di una temperatura esterna prefissata oppure quando non è più conveniente il funzionamento della stessa (sia a livello economico sia in termini di energia primaria) rispetto alla caldaia.

Si può vedere che, a fronte di un dimensionamento del 40% della pompa di calore rispetto al carico massimo di progetto invernale, in una zona climatica media europea (temperatura esterna di progetto pari a -10°C), il funzionamento parallelo garantisce una copertura del fabbisogno di circa l’80% mentre nel funzionamento alternato il contributo della pompa di calore scende al 30%.

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