Pompe di calore ad alta temperatura per azzerare le emissioni

Datato, mal conservato, con impianti di riscaldamento inquinanti e classi di efficienza energetica basse: il patrimonio edilizio italiano non supera l’esame ma le pompe di calore potrebbero avere un impatto decisivo sulla diminuzione dell’inquinamento urbano causato dal riscaldamento degli edifici.

A cura di: Ing. Marco Guiducci - Energy&Strategy Group, Politecnico di Milano

Gli edifici residenziali registrati in Italia sono circa 12 milioni, con oltre 31 milioni di abitazioni, ed il 77% è stato costruito da almeno 38 anni.

Appena il 32%, poco meno di 4 milioni, può considerarsi in uno stato di conservazione ottimo, mentre il 22% è valutato mediocre o pessimo. Ciò implica impianti di riscaldamento a radiatore per il 90% dei casi, con superfici di cambio limitate e l’adozione di caldaie a combustibile fossile per raggiungere temperature elevate.

A conferma di ciò, i dati relativi agli edifici residenziali situati nelle regioni settentrionali, che sono circa 5 milioni (il 42% del totale): del 18,8% di questi è noto l’APE e solamente il 7,4% appartiene alle classi energetiche B, A o A+. Al contrario, più di un edificio su due (58%) è di classe G o F, la sola classe energetica G riguarda il 42% del totale.

Tali inefficienze ovviamente si ripercuotono sui consumi termici e quindi sull’emissione di fattori inquinanti: gli impianti termici degli edifici sono infatti responsabili di una quota compresa tra il 50% e il 75% delle emissioni totali di CO2 nei mesi invernali nelle città italiane; non è trascurabile inoltre anche l’impatto degli impianti termici sulle emissioni di particolato PM10.

Parallelamente la SEN prevede una riduzione dei consumi finali da 118 a 108 Mtep con un risparmio di circa 10 Mtep al 2030, di cui ben 3,7 Mtep da realizzare nel residenziale.

Appare evidente quindi come il combinato disposto tra lo stato di conservazione del patrimonio edilizio italiano e gli obiettivi nazionali di efficienza energetica, unitamente ai meccanismi di sostegno (quali ad esempio ecobonus, conto termico), possa rappresentare il trigger per un intervento di vasta scala di riqualificazione del patrimonio edilizio, che porterebbe con sé un chiaro vantaggio in termini di riduzione delle bollette energetiche e dell’inquinamento nelle aree urbane. Appare altrettanto evidente però che ancora tale potenziale è lontano dall’essere sviluppato appieno e persistono delle forti barriere ad interventi di retrofit sugli edifici.

Le pompe di calore ad alta temperatura

Alcune tecnologie tuttavia possono contribuire in maniera significativa alla riduzione di tali barriere assumendo un ruolo pivotale nel processo di efficientamento del patrimonio edilizio e le pompe di calore ad alta temperatura sono sicuramente tra queste.

L’adozione in logica retrofit di una pompa di calore ad alta temperatura in sostituzione di una caldaia tradizionale infatti abbatte le emissioni di fattori inquinanti e presenta una redditività interessante. L’installazione di una pompa di calore ad alta temperatura (a ciclo aperto) in una villetta di 120 m2 mostra infatti un PBT compreso tra i 7 e i 5 anni e un IRR nell’intorno del 13-16%.

Ancora più interessante risulterebbe l’adozione di una pompa di calore ad alta temperatura in un condominio composto da 12 appartamenti: il PBT si attesta tra i 3 e i 4 anni e l’IRR tra il 32% e il 25%.

Infine, considerando un ufficio da 3.000 m2 è interessante la differenza tra gli economics di una pompa di calore ad alta temperatura e una possibile soluzione ibrida (installazione di una caldaia a condensazione e di una pompa di calore “tradizionale”): il PBT della pompa di calore ad alta temperatura varia tra i 3 e i 6 anni, quello della soluzione ibrida è compreso tra i 6 e i 9 anni.

Appaiono degni di nota anche i benefici socio-ambientali a livello di sistema Paese derivante da un’adozione su larga scala di pompe di calore ad alta temperatura. Come già visto, la SEN prevede di raggiungere al 2030 un risparmio nel settore residenziale di 3,7 Mtep/anno.

Considerando i circa 8 milioni di villette e i 270.000 condomini nelle zone climatica D e E, si stima che per raggiungere il 100% degli obiettivi previsti dalla SEN si dovrebbe agire su circa 1,27 milioni di villette e 64.000 condomini. La diffusione delle pompe di calore ad alta temperatura dovrebbe riguardare quindi il 23,5% degli edifici complessivi delle zone climatiche D e E.

Ipotizzando tale tasso di penetrazione si otterrebbero notevoli benefici ambientali: le pompe di calore azzerano le emissioni nei centri abitati, ma anche considerando le emissioni legate al mix energetico attuale rispetto alla situazione as is si risparmierebbero le emissioni di 10,5 milioni di tonnellate di CO2, pari a una riduzione del parco circolante di 5,76 milioni di auto (pari al15% del parco circolante italiano). Valorizzando la riduzione di emissione di CO2, PM10 e NOx si ottiene un valore stimato in poco meno di 400 milioni di € all’anno, che proiettato su una vita utile della tecnologia stimata in 20 anni porta a generare un beneficio quantificabile in quasi 8 miliardi di €.

Tabella 1: Riduzione delle emissioni inquinanti e valorizzazione economica

L’adozione di pompe di calore ad alta temperatura non comporta solamente vantaggi ambientali a livello riduzioni di emissioni, ma anche vantaggi economici per le utenze energetiche e benefici a livello di riduzione di importazioni di gas naturale.

Nella situazione as is per soddisfare il fabbisogno termico annuo degli edifici «target» sono necessari circa 7.758 milioni di SMC di metano. L‘adozione di pompe di calore ad alta temperatura per le circa 1,27 milioni di villette e i 64.000 condomini individuati implicherebbe un aumento dei consumi elettrici pari a 14,9 TWh/annuo. Tutto ciò equivarrebbe ad un risparmio annuo per le utenze energetiche pari a quasi 3,8 miliardi di €.

Inoltre, ipotizzando che la totalità di tale aumento del fabbisogno elettrico sia soddisfatta tramite un incremento della produzione di centrali turbogas a ciclo combinato, si registrerebbe un aumento annua del gas naturale importato per la produzione di energia elettrica pari a 2.642 milioni di SMC.

Nel complesso quindi l’adozione di pompe di calore ad alta temperatura nel target considerato si tramuterebbe per il sistema Paese in una riduzione netta delle importazioni di gas naturale pari ad oltre 5 miliardi di SMC all’anno.