Quello delle pompe di calore è un mercato in espansione. La ricerca Enea

LA RICERCA PER UNA CLIMATIZZAZIONE SOSTENIBILE

La ricerca sui sistemi efficienti e ambientalmente compatibili di climatizzazione e produzione di acqua calda sanitaria. Raniero Trinchieri, l’esperto Enea, spiega perché il mercato è destinato a crescere

Le pompe di calore rappresentano un mercato che in Italia ha un’enorme possibilità di espansione, specie se sorretto da una ricerca in grado di affinarne continuamente le prestazioni, anche utilizzando sinergie con il settore fotovoltaico. È il parere di Raniero Trinchieri, l’ingegnere del laboratorio Sviluppo processi chimici e termofluidodinamici per l’energia dell’Enea che ci guida in una carrellata sulle attività di ricerca condotte su diversi tipi di pompe di calore: “Tutti gli studi hanno l’obiettivo di mettere a punto un sistema che, partendo da una tecnologia matura, abbia maggiore efficienza e sia adatto a una utenza più ampia”

Parliamo di macchine che possono operare per fornire i servizi di climatizzazione estiva e invernale e produzione di acqua calda sanitaria (Acs) ad utenze residenziali o industriali in maniera efficiente e ambientalmente compatibile, prelevando energia termica da una sorgente costituita da una fonte naturale (aria, acqua o terra). Rispetto ai Paesi dell’Europa settentrionale, l’uso di pompe di calore per riscaldamento e produzione Acs non è ampiamente diffuso in Italia, mentre il mercato nazionale è fortemente sostenuto dalla vendita di macchine aria-aria prevalentemente utilizzate per la climatizzazione estiva.

POMPE DI CALORE: MAGGIORE EFFICIENZA PER IL RISCALDAMENTO DOMESTICO

Le pompe di calore sono classificate a seconda che prelevino calore dall’aria, dall’acqua o dal terreno: aria- aria, aria- acqua, acqua- acqua. “Abbiamo lavorato principalmente su macchine convenzionali a compressione di vapore perché riteniamo che possano essere utilizzate da una platea di utilizzatori più ampia e siano in grado di sostituire le classiche tecnologie per riscaldamento domestico, ovvero le caldaie a condensazione. Sulle pompe di calore elettriche stiamo ormai lavorando da 8-10 anni”, prosegue Trinchieri.

“Abbiamo iniziato gli studi con macchine aria-acqua a CO2 che hanno un impatto ambientale limitatissimo: la pompa di calore a CO2 può essere in grado di provvedere alla produzione di acqua calda sanitaria nonché ad operare in sistemi di climatizzazione. Abbiamo proseguito lavorando al progetto europeo Next Heat Pump Generation per lo sviluppo di pompe di calore altamente efficienti tramite l’uso di refrigeranti naturali quali appunto la CO2 e il propano. Abbiamo testato anche altre macchine acqua-acqua che possono produrre in simultanea acqua calda e fredda e macchine roof-top aria-aria a CO2, per la climatizzazione tramite collegamento alla rete di distribuzione dell’aria condizionata”.

L’INTEGRAZIONE CON IL FOTOVOLTAICO

Un altro progetto a cui sta lavorando l’Enea insieme ad altri partner, è il SolairHp, che “consiste nell’integrazione delle pompe di calore con il fotovoltaico, attraverso l’assemblaggio di collettori solari di concezione innovativa, pompa di calore aria-acqua e serbatoio di accumulo per lo stoccaggio di acqua da utilizzare per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria”.

I collettori solari, spiega Trinchieri, “possono essere utilizzati in luogo della convenzionale batteria alettata, che usualmente costituisce l’evaporatore della pompa di calore in particolari condizioni ambientali (bassa temperatura esterna e irraggiamento solare non trascurabile). In questo modo è possibile mantenere la pressione di evaporazione a valori accettabili, incrementando l’efficienza stagionale del sistema. Nel complesso quindi, l’energia solare, oltre ad essere utilizzata per incrementare l’efficienza complessiva di produzione di energia termica per riscaldamento e/o produzione di acqua calda sanitaria, viene impiegata anche per la produzione di energia elettrica utilizzabile della pompa di calore stessa”.

OBIETTIVO: AMPLIARE L’UTENZA

Lo scopo principale della ricerca sulle pompe di calore è l’ampliamento della platea degli utilizzatori, ottenibile rendendo questa tecnologia adatta anche ad applicazioni in zone climatiche critiche e in abbinamento con tutti i possibili sistemi di distribuzione tecnicamente adottati nel residenziale, in particolare ai classici radiatori che costituiscono il sistema di distribuzione termica ampiamente più diffuso in Italia in ambito residenziale.

L’efficienza delle pompe di calore, aggiunge Trinchieri, “può essere incrementata lavorando su sistemi integrati, che, combinando la pompa di calore ad altre tecnologie, come collettori solari, accumuli termici innovativi o sorgente geotermica, possono consentire la riduzione del fabbisogno di energia primaria da fonte fossile per le esigenze di climatizzazione. Per il corretto funzionamento di queste apparecchiature devono essere sviluppati sistemi di controllo che tengano conto, anche in maniera predittiva, delle esigenze degli utenti”.

GLI OSTACOLI: I COSTI E LA POCA FORMAZIONE DEGLI INSTALLATORI

Tra le problematiche delle pompe di calore, l’esperto Enea indica “gli elevati costi d’investimento e la poca dimestichezza degli installatori con questa tecnologia, di cui a volte non conoscono i vantaggi o non li promuovono adeguatamente”. Il ritorno economico dell’investimento può anche essere raggiunto in un periodo stimabile in 6-12 anni. “A fronte di un acquisto più caro rispetto ad altre tecnologie – sottolinea – la riduzione della bolletta energetica consente di recuperare l’investimento. Ovviamente più la macchina è efficiente più il ritorno è veloce. Molto dipende anche dalle condizioni di impiego”.

A questo proposito, l’ingegner Trinchieri di recente ha realizzato uno studio specifico insieme al collega Maurizio Pieve (delegato italiano presso l’IEA, Agenzia Internazionale dell’Energia nel programma di collaborazione tecnica sulle tecnologie in pompa di calore), da cui risulta che la tecnologia delle pompe di calore può essere economicamente competitiva nella maggior parte delle zone climatiche italiane. In particolare, adottando la classe di pompe di calore più performante tra quelle in commercio, il recupero dell’investimento rispetto alle principali tecnologie concorrenti può essere ottenuto in 6-8 anni usufruendo degli incentivi economici attualmente in vigore.

L’INTEGRAZIONE CON I SISTEMI DI ACCUMULO

Oltre al Solair HP, l’Enea, insieme a partner internazionali, sta progettando il Climate Combined Box, per l’integrazione di pompe di calore e sistema di accumulo in una configurazione compatta e smart-ready. Si tratta di un apparecchio formato da una pompa di calore, da un serbatoio di accumulo e da un sistema di controllo, che favorisce il bilanciamento ottimale dei carichi della rete elettrica, riducendone opportunamente i picchi, nonché lo sfruttamento di energia rinnovabile prodotta in locale in modo da migliorare la sicurezza dell’approvvigionamento energetico. Inoltre vengono portati avanti studi “su componenti innovativi per il miglioramento del ciclo termodinamico, come gli eiettori, e sui cicli di sbrinamento, per i quali si stanno progettando soluzioni ad energia rinnovabile”.