Alla ricerca dell'efficienza energetica: lo studio DE.S.TE.C. sulle tecnologie di riscaldamento

Il Dipartimento di Ingegneria dell’Energia, dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni (DE.S.TE.C.) dell’Università di Pisa ha svolto uno studio da cui emerge con chiarezza che la tecnologia delle pompe di calore ad assorbimento a gas è la migliore soluzione per gli interventi di retrofit, sia negli edifici di piccola dimensione, come le abitazioni monofamiliari, che nei condomini con impianto centralizzato. Ciò grazie all’efficienza media stagionale, poco influenzata dalle basse temperature esterne, e alla possibilità di fornire acqua calda per riscaldamento con temperature fino a 65 °C, che ben si presta a servire i sistemi di emissione tipici delle case esistenti (radiatori). Il risultato di questa scelta, è quindi una riduzione dei consumi energetici e di emissione di inquinanti rispetto a soluzioni tradizionali, garantendo al tempo stesso il comfort richiesto in ogni condizione di funzionamento, compreso il servizio di acqua calda sanitaria.

• 1 - Premessa
• 2 - Lo studio dell'Università di Pisa
  • 2.1 - Le tipologie abitative e gli impianti
  • 2.2 - I sistemi di emissione del calore
  • 2.3 - I fabbisogni in gioco
  • 2.4 - Le potenze termiche installate
  • 2.5 - I risultati
    • 2.5.1 - Il Condominio
    • 2.5.2 - L'edificio monofamiliare
    • 2.5.3 - La villetta monofamiliare isolata termicamente
    • 2.5.4 - Le mappe di convenienza
• 3 - Il ruolo dei combustibili non convenzionali
• 4 - Conclusioni

1 - Premessa

Il contrasto ai consumi energetici e alle emissioni inquinanti in atmosfera è un tema all’ordine del giorno ormai da diversi anni, ma che negli ultimi mesi si è fatto più stringente ed è al centro di molte discussioni sulla cosiddetta transizione energetica.

Il piano strategico messo a punto dall’Unione Europea, che contempla il REPower EU, mette tra gli obiettivi principali e imprescindibili:

• l’aumento della resilienza, sicurezza e sostenibilità del servizio energetico
• la riduzione della dipendenza dai combustibili fossili
• la diversificazione dell’approvvigionamento energetico
• l’aumento dell’uso delle fonti rinnovabili e dell’efficienza energetica

Uno dei capitoli più importanti sul tema della riduzione dei consumi di energia e dell’aumento dell’efficienza, è certamente quello della climatizzazione degli edifici esistenti, responsabili di circa il 40% dei consumi energetici complessivi europei e di circa il 36% delle emissioni di gas climalteranti (CO₂). Ciò non sorprende se consideriamo che sia obsoleto e cambi molto lentamente: più di 220 milioni di unità immobiliari, vale a dire l'85% del parco immobiliare dell'UE, sono state costruite prima del 2001, e l'85-95% degli edifici odierni sarà ancora in uso nel 2050.

L’Europa sta, proprio in questo periodo, cercando di porvi rimedio, rivedendo in modo sostanziale e profondo la Direttiva sull’efficienza energetica degli edifici (EPBD), per mettere in campo azioni e iniziative che consentano ai cittadini di ottenere significative riduzioni dei consumi di energia, in particolare sugli edifici esistenti, spesso molto vecchi e caratterizzati da scarso isolamento e alto indice di consumo energetico, imponendo standard minimi di efficienza entro un determinato periodo di tempo.

La revisione dell’EPBD, che rientra tra le iniziative del pacchetto “Fit for 55”, non è l’unico documento sul quale la Commissione Europea ha lavorato e sta lavorando in questi mesi, in quanto sono allo studio le revisioni di altre direttive: sulla promozione dell'energia da fonti rinnovabili (Renewable Energy Directive - RED II) e sull'efficienza energetica (Energy Efficiency Directive - EED).

2 - Lo studio dell'Università di Pisa

La presente relazione vuole mettere il focus sul primo tema in questione, relativo ai consumi energetici degli edifici, riportando in sintesi un interessante Studio di analisi, commissionato dall’associazione italiana Assotermica al Dipartimento di Ingegneria dell’Energia, dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni (DE.S.TE.C.) dell’Università di Pisa.

Obiettivo di questo approfondito Studio è la valutazione simulata delle prestazioni energetiche dinamiche stagionali di un set di generatori termici utilizzati su una serie di edifici residenziali, per l’erogazione dei servizi di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria (ACS).

A tale scopo sono stati modellati e simulati oltre 500 casi studio considerando 4 tipologie di edifici:

• appartamento autonomo;
• condominio centralizzato composto da 12 unità immobiliari, disposte su 4 piani;
• villetta unifamiliare;
• villetta unifamiliare riqualificata energeticamente (isolata termicamente)

3 diverse zone climatiche italiane (C, D ed E) e 6 tipologie di generatori di calore:

• caldaia tradizionale (tecnologia di riferimento);
• caldaia a condensazione;
• pompa di calore elettrica;
• pompa di calore ad assorbimento a gas;
• pompa di calore con motore endotermico a gas;
• sistema ibrido Factory Made,

Per ognuno dei casi studio, sono stati calcolati gli indici di prestazione stagionali in termini di:

• emissioni di CO₂ equivalente – indice ambientale;
• consumo di energia primaria non rinnovabile – indice energetico;
• costi operativi dell’energia per l’utente finale – indice economico.

Per operare confronti sui 3 indicatori suddetti, lo studio si è basato sui valori dei fattori di conversione dell’energia primaria, di emissioni equivalenti di CO₂ e dei costi energetici all’utilizzatore, riportati nella seguente tabella, dedotti dalle seguenti fonti:

• Decreto Interministeriale 26/06/2015 “Adeguamento linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici” [DI 2015], per i fattori di conversione di energia primaria non rinnovabile;
• Rapporto 317/2020 Ispra Ambiente “Fattori di emissione atmosferica di gas a effetto serra nel settore elettrico nazionale e nei principali Paesi Europei” [ISPRA 2020], per i fattori di conversione di emissioni di CO₂ equivalente;
• ARERA, Prezzo complessivo per un utente domestico tipo [ARERA] (calcolato come prezzo media dei primi tre trimestri del 2022, valutati a fine luglio 2022) per i costi dei vettori energetici di metano ed energia elettrica.

Le simulazioni sono state eseguite tramite codici dinamici completi e validati, basati su modelli presentati in letteratura tecnica e scientifica.

2.1 - Le tipologie abitative e gli impianti

Gli impianti di generazione scelti per il confronto, in base all’edificio tipo:

Tutti gli edifici con i relativi impianti ottenuti, sono poi stati modellati in 3 diversi contesti geografici, per ottenere un confronto nelle diverse condizioni climatiche.

Per fare ciò, sono stati presi come riferimento geografico le città di:

• Latina: zona climatica C con numero di gradi giorno compresi tra 901 e 1400;
• Pisa: zona climatica D con numero di gradi giorno compresi tra 1401 e 2100;
• Pavia: zona climatica E con numero di gradi giorno compresi tra 2101 e 3000.

Le simulazioni effettuate nel complesso sono risultate oltre 500.

Per i calcoli di simulazione delle prestazioni non è stato adottato il metodo di calcolo in regime semi-stazionario mensile, come oggi previsto dalle norme nazionali, in quanto il limite di un calcolo di questo tipo risiede nel fatto che considera standard parametri che in realtà standard non sono.

I calcoli delle simulazioni utilizzate in questo Studio sono stati quindi eseguiti con il metodo dinamico orario, che consente di ottenere un modello di simulazione del comportamento energetico dell’edificio il più possibile vicino al comportamento reale, in quanto utilizza dati di input molto dettagliati.

Uno dei parametri che cambia in questo metodo è l’intervallo di calcolo, che non è mensile, bensì orario, ottenendo un risultato molto aderente al funzionamento reale dell’impianto.

Ripartizione del parco edilizio residenziale per zona climatica (a) e zone climatiche in Italia (b).

2.2 - I sistemi di emissione del calore

Lo studio aveva come obiettivo quello di comprendere le prestazioni delle varie soluzioni di riscaldamento, partendo dalla mera sostituzione del generatore di calore, senza modificare le restanti parti dell’impianto meccanico (distribuzione, emissione, regolazione). Per questo motivo, per tre delle quattro tipologie di edifici sono stati previsti come emettitori di calore dei radiatori tradizionali e, per uno solo, un impianto a pannelli radianti a pavimento (per l’abitazione isolata termicamente).

I radiatori sono stati previsti per temperature operative pari a 75/60 °C e dimensionati opportunamente come previsto dalla progettazione termotecnica, diversificati per le zone climatiche:

• Zona climatica C: 35 W/m³
• Zona climatica D: 40 W/m³
• Zona climatica E: 45 W/m³

Nello studio dell’Università sono riportati in dettaglio tutte le caratteristiche tecniche e costruttive degli edifici oggetto dello studio (che in questa memoria vengono omessi per necessità di sintesi).

Gli impianti sono stati modellati come previsto dalla progettazione termotecnica, e di seguito indicati in relazione al tipo di edificio.

APPARTAMENTO

• Caldaia tradizionale e caldaia a condensazione: unico generatore per riscaldamento e produzione di ACS istantanea.
• Pompa di calore elettrica: unico generatore per riscaldamento e produzione di ACS tramite accumulo termico, con aggiunta di resistenza elettrica nell’accumulo.
• Sistema ibrido con caldaia e pompa di calore per riscaldamento e produzione di ACS in accumulo, con eventuale compensazione della temperatura con caldaia.

CONDOMINIO

• Caldaia tradizionale: 2 generatori separati per riscaldamento e ACS.
• Caldaia a condensazione, pompe di calore ad assorbimento a gas, pompe di calore endotermiche a gas e pompe di calore elettriche: unico generatore per riscaldamento con ACS in accumulo. Per le pompe di calore elettriche, aggiunta di una resistenza elettrica nell’accumulo.
• Apparecchio ibrido con caldaia a condensazione e unità pompa di calore elettrica per riscaldamento, ACS realizzata con scaldacqua autonomi per la produzione istantanea.

VILLETTA MONOFAMILIARE

• Caldaia tradizionale e a condensazione: unico generatore per riscaldamento e ACS con produzione istantanea (senza accumulo).
• Pompe di calore ad assorbimento a gas, pompe di calore endotermiche a gas e pompe di calore elettriche: unico generatore per riscaldamento con ACS in accumulo. Per le pompe di calore elettriche, aggiunta di una resistenza elettrica nell’accumulo.
• Sistema ibrido con unità caldaia a condensazione e unità pompa di calore elettrica, in cui il generatore a combustione è utilizzato per la produzione istantanea di ACS.
• Sistema ibrido con accumulo con unità caldaia a condensazione e unità pompa di calore elettrica, in cui il servizio di ACS viene fornito tramite un accumulo termico mantenuto in temperatura dalla pompa di calore, mentre in generatore a combustione viene utilizzato per l’integrazione istantanea nel caso di eventuali deficit di energia e/o temperatura di erogazione.
• Apparecchio ibrido con integrazione solare con unità caldaia a condensazione e unità pompa di calore elettrica, in cui il servizio di ACS viene fornito tramite un accumulo termico mantenuto in temperatura dalla pompa di calore e da un impianto solare termico, mentre in generatore a combustione viene utilizzato per l’integrazione istantanea nel caso di eventuali deficit di energia e/o temperatura di erogazione.

2.3 - I fabbisogni in gioco

I fabbisogni di energia misurati in kWh/m²/anno sono riportati sinteticamente nella figura seguente, suddivisi per le quattro tipologie di edifici considerati e per le tre zone climatiche.

Fabbisogni delle 4 tipologie di edifici, suddivisi per le 3 zone climatiche previste, in kWh/m²/anno.

Nel grafico seguente sono invece evidenziati i fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e per la produzione di ACS in kWh/anno, sempre per i quattro edifici considerati, per le tre zone climatiche. Si nota che il fabbisogno di ACS nel caso della villetta isolata, supera quello per il servizio di riscaldamento nelle zone climatiche C e D (più calde).

Fabbisogno annuo in kWh/anno, suddivisi per riscaldamento e ACS.

I fabbisogni di ACS sono stati calcolati partendo dai profili associati alle taglie proposte nel Regolamento 813/2013.

2.4 - Le potenze termiche installate

In relazione al fabbisogno termico per il riscaldamento e per la produzione di acqua calda sanitaria, sono stati dimensionati i generatori termici oggetto dello studio e di questa relazione, come di seguito indicato, per i soli edifici Condominio e Villetta monofamiliare, in virtù del fatto che nell’appartamento non è stato previsto l’utilizzo della pompa di calore e gas e per la villetta isolata la pompa di calore a gas ha caratteristiche tecniche del tutto simili a quella utilizzata per la villetta monofamiliare non isolata.

APPARTAMENTO - Potenze termiche dei generatori (non ibridi).

Nota: la taglia nominale della pompa di calore è associata a una temperatura di mandata pari a 35 °C e una temperatura dell'aria esterna pari a 7 °C.

CONDOMINIO – Potenze termiche dei generatori.

Nota: per gli apparecchi ibridi si considera il solo indice di prestazione energetico ottimizzato.

VILLETTA MONOFAMILIARE - Potenze termiche dei generatori.

VILLETTA MONOFAMILIARE ISOLATA - Potenze termiche dei generatori (non ibridi).

2.5 - I risultati

Nella presente memoria vengono esposti parte dei risultati delle simulazioni effettuate sull’edificio Condominio e sulla villetta unifamiliare, in quanto quest’ultima è del tutto simile e rappresentativa anche della villetta isolata termicamente, mentre non sono stati effettuate simulazioni con pompe di calore ad assorbimento a gas per l’appartamento autonomo, in quanto la potenza termica richiesta era troppo inferiore alla taglia di pompa di calore disponibile sul mercato.

2.5.1 - Il condominio

I risultati sull’efficienza termica dei generatori messi a confronto sono riportati nelle tabelle seguenti, per le tre zone climatiche prese a campione.

Indici di prestazione dei generatori nel caso di condominio.

Note:

1. Sia il COP che il GUE sono dati dal rapporto tra l’energia erogata dalla pompa di calore e l’energia utilizzata dalla pompa per svolgere il lavoro. Tra questi due parametri molto simili sussiste una differenza importante: il COP, infatti, considera come energia in ingresso l’elettricità che non è una fonte primaria, mentre il GUE considera il gas che invece è una fonte primaria. Alla base di questa differenza vi è dunque una rilevante considerazione da fare: per poter confrontare questi due parametri bisogna riportare il COP in termini di energia primaria dividendo dunque il consumo elettrico del compressore per il rendimento del sistema nazionale di generazione pari a 0,4 (è un valore relativo alla generazione di energia elettrica stabilito a livello europeo – regolamenti n° 811/2013e 813/2013). [Fonte: sito FIRE – Federazione Italiana per l’uso Razionale dell’Energia]
2. Per gli apparecchi ibridi si considera il solo indice di prestazione energetico ottimizzato.
3. COP/GUE^SYS: si intende l’efficienza, comprensiva delle dispersioni dell’accumulo e del consumo di energia elettrica per gli ausiliari.

Risparmi globali (RISC+ACS) rispetto all’utilizzo della caldaia tradizionale per l’edificio “condominio”. In grassetto sono evidenziate le soluzioni che riescono a ridurre contemporaneamente tutti gli indicatori di prestazione, in rosso i valori per cui si ottiene una prestazione peggiore rispetto alla caldaia di riferimento.

Nota: per gli apparecchi ibridi si considera il solo indice di prestazione energetico ottimizzato.

Dai risultati sopra esposti è possibile evidenziare che:

• le pompe di calore ad assorbimento sono tra le soluzioni che meglio riescono a ridurre contemporaneamente tutti gli indicatori di prestazione;
• le pompe di calore ad assorbimento sono molto più performanti delle pompe di calore elettriche dal punto di vista dell’indice economico, cioè il risparmio per l’utente finale.

Interessanti sono anche i risultati ottenuti circa l’energia utilizzata per la disinfezione anti-legionella, nei casi di presenza di accumulo di ACS, e quelli relativi al disservizio termico di comfort.

Nella tabella seguente è riportata la percentuale di energia elettrica che è stata necessaria per completare la disinfezione sanitaria dell’accumulo. Come evidente, questo extra-consumo non è stato necessario per le pompe di calore a gas, essendo in grado di soddisfare la richiesta senza dover utilizzare una quota parte dell’energia elettrica consumata per il riscaldamento e la preparazione dell’ACS per gli usi comuni.

Il disservizio di comfort è invece stato calcolato come deficit energetico per soddisfare la richiesta di calore attraverso i terminali di scambio (radiatori).

Come si evidenzia nella tabella seguente, per le pompe di calore elettriche è stato registrato un disservizio (cioè mancata erogazione di energia richiesta dal servizio) fino al 5%, mentre il disservizio dato dalle pompe di calore a gas è stato praticamente nullo (1%), grazie alla maggiore temperatura di mandata erogata dalle pompe di calore ad assorbimento a gas.

Lo schema seguente fornisce graficamente il deficit di temperatura di mandata rispetto a quella necessaria per garantire la temperatura di comfort degli alloggi.

Come si può notare, per il 25% del tempo, la pompa di calore elettrica non è riuscita a soddisfare la temperatura richiesta per erogare calore necessario dai radiatori.

Distribuzione cumulata del deficit di temperatura media dell’impianto di riscaldamento Tw, relativo alla pompa di calore elettrica, nell’edificio Condominio.

Per facilitare la lettura del grafico, riportiamo il seguente esempio: per la zona E, si nota che per il 25% del periodo di riscaldamento, la temperatura dell’acqua è inferiore al valore necessario per lo scambio termico sui radiatori. Per il 5% del periodo di riscaldamento il deficit di temperatura dell’acqua è di 6 °C.

2.5.2 - L'edificio monofamiliare

I risultati ottenuti per l’edificio monofamiliare sono analoghi a quelli del Condominio, avendo opportunamente modulato la potenza termica erogabile dalle varie tecnologie.

Indici di prestazione dei generatori nel caso di villetta monofamiliare.

Note:

1. Sia il COP che il GUE sono dati dal rapporto tra l’energia erogata dalla pompa di calore e l’energia utilizzata dalla pompa per svolgere il lavoro. Tra questi due parametri molto simili sussiste una differenza importante: il COP, infatti, considera come energia in ingresso l’elettricità che non è una fonte primaria, mentre il GUE considera il gas che invece è una fonte primaria. Alla base di questa differenza vi è dunque una rilevante considerazione da fare: per poter confrontare questi due parametri bisogna riportare il COP in termini di energia primaria dividendo dunque il consumo elettrico del compressore per il rendimento del sistema nazionale di generazione pari a 0,4 (è un valore relativo alla generazione di energia elettrica stabilito a livello europeo – regolamenti n° 811/2013e 813/2013). [Fonte: sito FIRE – Federazione Italiana per l’uso Razionale dell’Energia]
2. Per gli apparecchi ibridi si considera il solo indice di prestazione energetico ottimizzato.
3. COP/GUE^SYS: si intende l’efficienza, comprensiva delle dispersioni dell’accumulo e del consumo di energia elettrica per gli ausiliari.

Risparmi globali (RISC+ACS) rispetto all’utilizzo della caldaia tradizionale per l’edificio “villetta monofamiliare”. In grassetto sono evidenziate le soluzioni che riescono a ridurre contemporaneamente tutti gli indicatori di prestazione, in rosso i valori per cui si ottiene una prestazione peggiore rispetto alla caldaia di riferimento.

Nota: per gli apparecchi ibridi si considera il solo indice di prestazione energetico ottimizzato.

Anche in questo caso, dai risultati sopra esposti è possibile evidenziare che la pompa di calore ad assorbimento è la soluzione che permette:

1. il maggiore risparmio su tutti e 3 gli indici contemporaneamente;
2. un forte risparmio economico rispetto a tutte le altre soluzioni.

Minore è stato l’impatto del disservizio di comfort in questo caso anche per le pompe di calore elettriche, in quanto il deficit di temperatura, è stato contenuto nel 10% circa del tempo, mentre non si è registrato alcun disservizio per le pompe di calore a gas.

Distribuzione cumulata del deficit di temperatura media dell’impianto di riscaldamento Tw, relativo alla pompa di calore elettrica, nell’edificio Villetta monofamiliare.

2.5.3 La villetta monofamiliare isolata termicamente

In questa applicazione i riscontri ottenuti sono stati pressoché in linea con quelli precedenti, ma in questo caso la pompa di calore ad assorbimento a gas è risultata particolarmente performante, sia in produzione di calore per il riscaldamento che per la produzione di ACS, essendo più “centrata” come taglia di potenza e come dimensionamento del serpentino dell’accumulo termico per l’ACS.

Note:

1. Sia il COP che il GUE sono dati dal rapporto tra l’energia erogata dalla pompa di calore e l’energia utilizzata dalla pompa per svolgere il lavoro. Tra questi due parametri molto simili sussiste una differenza importante: il COP, infatti, considera come energia in ingresso l’elettricità che non è una fonte primaria, mentre il GUE considera il gas che invece è una fonte primaria. Alla base di questa differenza vi è dunque una rilevante considerazione da fare: per poter confrontare questi due parametri bisogna riportare il COP in termini di energia primaria dividendo dunque il consumo elettrico del compressore per il rendimento del sistema nazionale di generazione pari a 0,4 (è un valore relativo alla generazione di energia elettrica stabilito a livello europeo – regolamenti n° 811/2013e 813/2013). [Fonte: sito FIRE – Federazione Italiana per l’uso Razionale dell’Energia]
2. Per gli apparecchi ibridi si considera il solo indice di prestazione energetico ottimizzato.
3. COP/GUE^SYS: include le perdite termiche dell'accumulo, l'energia utilizzata dalla resistenza elettrica (antilegionella) e il contributo dei pannelli solari termici.

Risparmi globali (RISC+ACS) rispetto all’utilizzo della caldaia tradizionale per l’edificio “villetta monofamiliare isolata termicamente. In grassetto sono evidenziate le soluzioni che riescono a ridurre contemporaneamente tutti gli indicatori di prestazione, in rosso i valori per cui si ottiene una prestazione peggiore rispetto alla caldaia di riferimento.

2.5.4 - Le mappe di convenienza

Nell’analisi di tutte le combinazioni energetico-impiantistiche svolte, una in particolare è interessante da approfondire, perché è strettamente inerente all’utilizzo di generatori a diverso vettore di alimentazione, cioè il gas naturale e l’energia elettrica.

Facendo riferimento ai dati di prestazione dei generatori, dei fattori di conversione precedentemente evidenziati e all’utilizzo di diversi combustibili, è stato possibile costruire delle mappe di convenienza, che mettono a confronto l’efficienza dei generatori alimentati a gas, cioè caldaie e pompe di calore a gas, con quelli alimentati ad energia elettrica, cioè alle pompe di calore elettriche.

Di seguito sono indicate 3 diverse mappe che rispettivamente riportano la convenienza dei generatori alimentati a metano, miscela di metano e idrogeno, e miscela di metano e bio-metano.

Le tre linee inclinate riportate nei 3 grafici rappresentano i valori di 𝐶𝑂𝑃𝑛𝑟𝑒𝑛, 𝐶𝑂𝑃𝐶𝑂₂ e 𝐶𝑂𝑃€ in funzione del valore del coefficiente di prestazione della tecnologia a gas (caldaia o pompa di calore a gas.

Per la comprensione dell’utilizzo delle mappe riportiamo un esempio.

Ipotizziamo di utilizzare una pompa di calore a gas con efficienza (GUE) pari 1,4.

Dall’asse delle ascisse orizzontale saliamo fino ad incontrare le linee del COPCO₂, COPnren e COP€. Spostandosi in orizzontale possiamo leggere sull’asse delle ordinate verticale il valore del COP.

Nel caso del COP€ troviamo il valore 5: significa che per avere un vantaggio economico rispetto alla pompa di calore a gas, il COP della pompa di calore elettrica deve essere superiore a 5.

Viceversa, il costo di gestione sarà a favore della pompa di calore a gas. E lo stesso vale per il valore corrispondente all’energia primaria non rinnovabile nren, per COP maggiori di 2,7 e per le emissioni di CO₂, per COP maggiori di 2.

In buona sostanza, possiamo affermare che, con le tariffe energetiche e i coefficienti emissivi equivalenti utilizzati, la pompa di calore a gas risulta essere sempre più vantaggiosa di quella elettrica economicamente, mentre quest’ultima risulta avere meno emissioni di CO₂.

3.0 - Il ruolo dei combustibili non convenzionali

Lo studio DE.S.TE.C. ha preso in considerazione, infine, anche la presenza nel breve/medio periodo, di miscele di gas combustibile non più totalmente fossili, ma parzialmente rinnovabili, come ad esempio il gas naturale miscelato con idrogeno verde o con bio-metano.

Le prestazioni, in termini di efficienza, possono essere considerate paritetiche, mentre quelle relative alle emissioni inquinanti subiscono una sensibile riduzione, grazie all’apporto di combustibile “verde” all’interno del processo di combustione.

Non potendo, in questa relazione, contemplare tutte le possibili variabili ottenibili dall’iniezione di gas rinnovabili con sempre maggiore percentuale, fino ad arrivare al 100% di idrogeno verde o bio-metano, ci limitiamo ad evidenziare alcuni aspetti d’interesse di questa strategia energetica.

L’installazione di 5 GW di capacità elettrolitica entro il 2030, anche grazie agli ingenti finanziamenti del PNRR, unita alla possibilità immettere in rete del gas naturale una percentuale fino al 2% di H₂, consentirà di ridurre le emissioni di anidride carbonica in ambiente.

Come evidenziato dal grafico seguente, all’aumentare della percentuale di idrogeno iniettata nella miscela combustibile di gas naturale, si ottiene una progressiva riduzione della CO₂ emessa nei fumi combusti, fino alla sua totale scomparsa, quando il bruciatore è alimentato da idrogeno al 100%.

La realizzazione di apparecchi che possono funzionare con percentuali di idrogeno molto alte presuppone una loro progettazione specifica, che tenga conto delle caratteristiche fisico-chimiche di questo combustibile, che è sensibilmente diverso da quelle del gas normalmente usato nella nostra attuale rete gas, come evidenziato dalla tabella che segue.

E’ altresì indubbio, che l’utilizzo di gas rinnovabile al posto di gas fossile, contribuirà in modo significativo e sostenibile alla transizione energetica avviata dai vari strumenti normativi varati dall’Europa, partendo dal Pacchetto Fit for 55, che si pone l’obiettivo di ridurre le emissioni di gas climalteranti e, in primis, quelle di anidride carbonica.

E’ infatti doveroso sottolineare che il gas combustibile di per sé non è dannoso all’ambiente, in quanto la sua “dannosità” dipende dal suo contenuto fossile, infatti la combustione di un gas combustibile rinnovabile non avrebbe alcuna emissione di anidride carbonica.

4 - Conclusioni

Dallo studio svolto, emerge con chiarezza che la tecnologia delle pompe di calore ad assorbimento a gas è la migliore soluzione per gli interventi di retrofit, sia negli edifici di piccola dimensione, come le abitazioni monofamiliari, che per i condomini con impianto centralizzato. Ciò grazie all’efficienza media stagionale, poco influenzata dalle basse temperature esterne, e alla possibilità di fornire acqua calda per riscaldamento con temperature fino a 65 °C, che ben si presta a servire i sistemi di emissione tipici delle case esistenti (radiatori). Il risultato di questa scelta, è quindi una riduzione dei consumi energetici e di emissione di inquinanti rispetto a soluzioni tradizionali, garantendo al tempo stesso il confort richiesto in ogni condizione di funzionamento, compreso il servizio di acqua calda sanitaria.

Il retrofit degli edifici esistenti, seguendo le indicazioni dell’Unione Europea, che spinge verso una massiccia riqualificazione del parco immobiliare, potrebbe quindi essere facilitata da questa tecnologia, che limita gli interventi di efficientamento alla sola sostituzione del generatore termico a gas esistente, lasciando inalterato ed operativo il restante impianto di riscaldamento. Per la produzione dell’acqua calda sanitaria, infine, l’intervento potrebbe limitarsi alla sostituzione del bollitore, prevedendo una serpentina interna maggiorata, più consona alla temperatura di mandata per ACS delle pompe di calore ad assorbimento a gas.

A questo deve essere aggiunto l’ulteriore vantaggio di poter utilizzare, appena disponibili, gas combustibili a basso contenuto fossile, come le miscele di gas naturale e bio-metano e idrogeno di origine rinnovabile (verde).