La decarbonizzazione degli impianti HVAC viene spesso associata alla costruzione di edifici nuovi, progettati fin dall’inizio per funzionare con sistemi ad alta efficienza. Ma la parte più complessa della transizione energetica riguarda gli edifici e gli impianti che esistono già.

Qui entrano in gioco vincoli molto concreti: radiatori dimensionati per temperature elevate, generatori a gas ancora in funzione, processi industriali che richiedono acqua calda ad alta temperatura, fabbisogni contemporanei di riscaldamento e raffrescamento.

Le moderne pompe di calore ad alta temperatura stanno ampliando il campo delle applicazioni possibili anche in questi contesti, per esempio, pompe di calore aria-acqua in grado di raggiungere temperature di mandata fino a 75 °C, mentre le soluzioni acqua-acqua della gamma AquaForce 61XWHZE possono arrivare fino a 85 °C.

Non significa che una pompa di calore sia automaticamente la soluzione migliore per qualsiasi edificio. Significa, piuttosto, che oggi esistono possibilità progettuali che fino a pochi anni fa erano molto più difficili da percorrere.

A fornire una misura concreta di questa evoluzione sono quattro casi applicativi, relativi a residenziale, industria automotive, sanità e uffici. I risultati dichiarati nei case study arrivano, a seconda dell’applicazione, a una riduzione delle emissioni del 35%, a risparmi stimati fino a 760.000 euro l’anno e a una decarbonizzazione del 75%.

Quando il retrofit deve fare i conti con i radiatori esistenti

Il primo caso riguarda uno degli scenari più frequenti nella riqualificazione energetica: un edificio residenziale esistente alimentato da una caldaia a gas.

Nel caso analizzato, si tratta di un condominio di medie dimensioni in zona climatica E, composto da 40 abitazioni singole. L’impianto era quindi legato a una configurazione tradizionale, con produzione di calore attraverso una caldaia e terminali progettati per lavorare a temperature relativamente elevate.

Uno dei principali ostacoli che storicamente hanno limitato l’utilizzo delle pompe di calore nel retrofit è proprio questo: passare a un generatore che lavora in modo più efficiente a temperature inferiori può richiedere, in determinate situazioni, la sostituzione o il ridimensionamento dei terminali.

Le soluzioni ad alta temperatura modificano però il quadro delle possibilità. Ci sono pompe di calore aria-acqua con refrigerante naturale R-290 e temperatura dell’acqua in uscita fino a 75 °C, pensata anche per edifici nuovi e ristrutturati.

Nel caso residenziale analizzato, la sostituzione della caldaia con una pompa di calore ha permesso di integrare in un unico sistema riscaldamento, produzione di acqua calda sanitaria e raffrescamento estivo, senza interventi invasivi sui terminali.

È un passaggio interessante perché mostra che il retrofit non deve necessariamente tradursi in una trasformazione radicale dell’edificio. La fattibilità dipende naturalmente dalle caratteristiche dell’impianto e dal progetto, ma l’evoluzione delle tecnologie amplia il ventaglio delle soluzioni disponibili.

Quando il processo industriale richiede 85 °C

Il salto di complessità arriva in ambito industriale.

Un processo produttivo non può semplicemente essere adattato alle caratteristiche del sistema di climatizzazione: è il sistema energetico che deve rispettare i requisiti del processo. E quando la temperatura richiesta arriva a 85 °C, la progettazione diventa ancora più delicata.

Il caso automotive analizzato parte da una configurazione composta da gruppi frigoriferi per il raffreddamento del processo e caldaie per la produzione di acqua calda. L’obiettivo del cliente era eliminare completamente l’alimentazione da combustibili fossili mantenendo, allo stesso tempo, una temperatura di mandata fino a 85 °C.

La soluzione ha utilizzato una configurazione a cascata, combinando pompe di calore aria-acqua con una pompa di calore acqua-acqua utilizzata come booster.

Il principio è relativamente semplice: il primo livello porta l’acqua a una temperatura intermedia, mentre il secondo innalza ulteriormente il livello termico fino a quello richiesto dal processo.

Nel caso specifico, il sistema ha raggiunto un COP dichiarato di circa 1,95 con temperatura esterna di 7 °C e di circa 1,73 a 0 °C. Il risultato riportato nel case study è una decarbonizzazione completa del processo, senza ricorso al gas.

Alcune gamme gamma sono progettate proprio per applicazioni industriali e commerciali che richiedono acqua calda ad alta temperatura e può produrre acqua fino a 85 °C.

È importante, però, leggere correttamente un dato come il COP. Non è un numero da valutare isolatamente: il suo significato dipende dalle temperature della sorgente e dell’acqua prodotta, dai carichi e dalle condizioni di esercizio. In un processo industriale, inoltre, la valutazione deve considerare l’intero sistema e non soltanto la singola macchina.

In ospedale caldo e freddo possono diventare una risorsa

Gli edifici sanitari presentano un’altra difficoltà: i fabbisogni energetici sono elevati e spesso non sono concentrati in un’unica stagione.

In una struttura ospedaliera italiana analizzata, il sistema esistente dipendeva in larga misura dal gas e prevedeva una produzione separata di caldo e freddo.

In un contesto di questo tipo, la contemporaneità dei carichi può però diventare un’opportunità. Se nello stesso momento una parte dell’edificio ha bisogno di raffrescamento e un’altra di riscaldamento, l’energia che normalmente verrebbe semplicemente dissipata può essere recuperata e utilizzata all’interno del sistema.

L’intervento descritto non ha previsto la sostituzione completa dell’impianto. È stata invece adottata una configurazione basata su una pompa di calore acqua-acqua per sfruttare i carichi simultanei, affiancata da pompe di calore aria-acqua per integrare la produzione e coprire i picchi.

Secondo i dati riportati nel caso studio, questa configurazione ha consentito di ridurre le emissioni di circa il 35%, diminuire il consumo di gas e ottenere un risparmio economico stimato in circa 760.000 euro all’anno. Il processo di efficientamento è inoltre indicato come ancora in corso, con l’obiettivo di incrementare ulteriormente il saving e ottimizzare il Total Cost of Ownership.

È probabilmente uno dei casi più interessanti perché mette in evidenza un principio che vale ben oltre il settore sanitario: prima di sostituire una tecnologia, conviene capire come sta funzionando l’intero sistema.

A volte l’energia necessaria è già disponibile, ma si trova nel posto sbagliato o nel momento sbagliato.

Il revamping non deve necessariamente cancellare ciò che esiste

Il quarto caso riguarda un edificio per uffici nel Nord Italia, caratterizzato da sistemi impiantistici datati.

L’obiettivo era migliorare l’efficienza e ridurre la dipendenza dal gas senza intervenire in maniera radicale sull’infrastruttura esistente.

Sono state quindi valutate diverse possibilità, dalla sostituzione dei chiller all’integrazione di sistemi più avanzati. La soluzione adottata ha combinato chiller ad alta efficienza, recupero di calore e una pompa di calore reversibile.

Nel caso analizzato, la configurazione ha permesso di coprire una quota significativa del fabbisogno termico senza ricorrere alla caldaia, riducendone in modo consistente il funzionamento.

Il risultato dichiarato è una decarbonizzazione del 75%, accompagnata dalla riduzione dei consumi e dei costi operativi.

È un esempio utile perché mette in discussione un’equazione piuttosto diffusa: efficientare non significa necessariamente sostituire tutto.

In molti edifici esistenti, il progetto più efficace può essere quello che individua quali componenti mantenere, quali aggiornare e dove introdurre nuove tecnologie.

La macchina conta, ma il progetto conta di più

I quattro casi hanno caratteristiche molto diverse. Un condominio, una fabbrica automotive, un ospedale e un edificio per uffici non hanno gli stessi carichi, le stesse temperature, gli stessi orari di funzionamento né gli stessi vincoli.

Eppure, proprio questa differenza rende interessante il confronto.

Nel primo caso la pompa di calore sostituisce la caldaia. Nel secondo viene inserita in una configurazione a cascata per raggiungere temperature elevate. Nel terzo il sistema viene progettato per sfruttare contemporaneamente caldo e freddo. Nel quarto la decarbonizzazione passa attraverso un revamping progressivo.

Non esiste quindi un’unica ricetta per la decarbonizzazione HVAC.

Esiste piuttosto un problema progettuale da analizzare caso per caso: quali sono i fabbisogni dell’edificio? Quali temperature sono realmente necessarie? Quali terminali sono presenti? Ci sono carichi contemporanei che possono essere sfruttati? Quale parte dell’impianto può essere mantenuta? Quale configurazione consente di ottenere il miglior equilibrio tra prestazioni, investimento iniziale e costi di esercizio?

È qui che la pompa di calore diventa qualcosa di più di un semplice generatore.

La tecnologia offre oggi possibilità più ampie, ma è il progetto a stabilire come utilizzarle.

Per questo, quando si parla di decarbonizzazione di un impianto esistente, la domanda più utile non è soltanto quale macchina installare, ma come ripensare il sistema energetico nel suo complesso.

Ed è proprio questa prospettiva che permette di affrontare il retrofit con un approccio realmente ingegneristico: partire dai dati dell’edificio e dei suoi impianti, individuare i margini di miglioramento e costruire una soluzione coerente con le esigenze tecniche ed economiche del progetto.