Le Energie Rinnovabili e le Pompe di Calore

Quantificazione delle Rinnovabili Valorizzate dalle Pompe di Calore

Una tecnologia (parzialmente) rinnovabile

L’1 marzo 2013 la Commissione Europea, con la Decisione (2013/114/UE) e ai sensi dell’articolo 5 della Direttiva 2009/28/CE. ha stabilito le modalità con le quali calcolare la quota parte di energia rinnovabile prelevata dall’ambiente da parte delle pompe di calore e utilizzata ai fini del riscaldamento domestico o per la produzione di acqua calda sanitaria.

Occorre infatti riconoscere come il calore estratto dall’aria e dalle acque utilizzate come sorgenti per le pompe di calore derivi indirettamente dal sole, mentre l’energia estratta dal terreno può essere dovuta al flusso geotermico, nel caso in cui la sonda geotermica si trovi in profondità, oppure può essere dovuta ancora una volta al sole, se la sonda si trova in prossimità della superficie terrestre.

 

Condizioni minime per avere produzione di energia rinnovabile da parte delle pompe di calore

A partire da ciò, affinché una pompa di calore sia considerata un dispositivo ad energia rinnovabile, è necessario che l’efficienza con la quale estrae calore dalle fonti sopra indicate non sia inferiore ad un certo valore minimo. In particolare, a livello europeo, è stato definito un valore minimo per il seasonal perfomance factor (SPF), di cui abbiamo parlato nella pagina relativa all’efficienza delle pompe di calore.

In base a quanto indicato nella Decisione sopra richiamata, il Seasonal Performance Factor deve essere superiore al valore descritto qui di seguito:

SPF_min > 1,15/eta

Eta rappresenta il rendimento di trasformazione dell’energia primaria in energia elettrica o termica, a seconda che si parli di pompe di calore elettriche o di pompe di calore termiche.

In particolare, nel caso delle pompe di calore elettriche, si assume eta = 0,455 e quindi il valore minimo di SPF deve essere di 2,5.

Nel caso delle pompe di calore termiche, si assume eta = 1 e quindi il valore minimo di SPF deve essere di 1,15.

 

Calcolo dell’energia rinnovabile prodotta dalle pompe di calore

L’allegato VII della Direttiva 2009/28/CE e la Decisione 2013/114/UE definiscono le modalità di calcolo della quota di energia rinnovabile utilizzata dalle pompe di calore.

In particolare, si ha che:

E_res = Q_usable* (1-1/SPF)

e

Q_usable = H_hp*P_rated,

dove,

E_res = energia aerotermica, geotermica o idrotermica rinnovabile (fonte di calore) catturata dalla pompa di calore [kWh],

Q_usable = calore totale stimato utilizzabile prodotto dalle pompe di calore [kWh], dato dalla somma fra il calore fornito dalla fonte di calore attraverso la pompa di calore e il calore fornito dall’energia meccanica utilizzata per far funzionare la pompa di calore,

H_hp = ore di funzionamento equivalenti a pieno regime [h],

P_rated = capacità delle pompe di calore installate, tenuto conto della durata di funzionamento dei diversi tipi di pompe di calore [kW]

SPF = fattore di rendimento medio stagionale stimato,

In queste equazioni abbiamo indicato come unità di misura i kWh e i kW, mentre nella Decisione sopra richiamata si fa riferimento a GWh e GW, dal momento che nel documento l’interesse è rivolto alla totalità delle pompe di calore installate in un dato Paese.

 

Dal calcolo dell’energia rinnovabile convenzionale al calcolo dell’energia rinnovabile reale

Riguardo all’equazione testé riportata, è importante considerare che questa, essendo collegata al SPF e quindi al COP o al GUE, non tiene conto del rendimento eta di trasformazione dell’energia primaria in energia elettrica o termica, a seconda che si parli di pompe di calore elettriche o di pompe di calore termiche.

Il risultato è una sovrastima dell’energia rinnovabile prodotta dalle pompe di calore.

Ad esempio, se con l’equazione sopra indicata si ottiene una produzione di energia rinnovabile pari al 70% del calore utile totale fornito dalla pompa di calore, aggiungendo un’efficienza del sistema elettrico del 45,5%,si ottiene una efficienza reale del 31,85%.

Proprio per questa ragione, è possibile dimostrare che la produzione di energia rinnovabile reale delle pompe di calore tipicamente è compresa fra il 23% e il 28%, come evidenziato in alcuni articoli dalla Robur, azienda che produce e commercializza pompe di calore:

Per quanto riguarda le pompe di calore elettriche, la necessità effettiva di tener conto anche della quota di produzione di energia elettrica rinnovabile sul totale della produzione nazionale di energia elettrica, non deve essere considerato necessariamente un elemento che gioca a sfavore di questa tecnologia rispetto ad altri sistemi di riscaldamento.

Si tenga conto infatti che la Strategia Energetica Nazionale 2017 prevede un aumento progressivo della quota di produzione di energia rinnovabile nazionale, in modo da arrivare a coprire il 55% dei consumi finali lordi di energia al 2030. Questo fa si che la quota di produzione da rinnovabili delle pompe di calore aumenti automaticamente, migliorando le prestazioni ambientali di questa tecnologia.

Per finire, è importante osservare che installando un impianto fotovoltaico presso la propria abitazione, è possibile ottimizzare il funzionamento della pompa di calore in relazione ai periodi di produzione dell’impianto fotovoltaico stesso, sostituendo una quota parte dell’energia prelevata dalla rete con energia prodotta dal fotovoltaico e aumentando in questo modo la quantità di energia rinnovabile complessivamente prodotta dal sistema costituito da pompa di calore e fotovoltaico.

 

In termini ambientali dunque, le pompe di calore sono più convenienti rispetto ad altri sistemi di riscaldamento?

Non è possibile dare una risposta univoca a questa domanda.

In linea di principio infatti, allo stato attuale un kWh elettrico in Italia emette circa 330 gCO2eq/kWhe (grammi di CO2 equivalente per kWh elettrico, si veda lo studio dell’ISPRA “Fattori di emissione atmosferica di CO2 e altri gas a effetto serra nel settore elettrico”), contro i circa 250-270 gCO2eq/KWhth (grammi di CO2 equivalente per kWh termico, si veda al riguardo l’intervista a Valter Francescato di AIEL su QualEnergia.it) del gas naturale.

D’altra parte, è importante conoscere l’efficienza del sistema di riscaldamento adottato, perchè da questo derivano quanti kWh elettrici o termici dobbiamo fornire alla nostra abitazione o ufficio per soddisfare i fabbisogni di riscaldamento.

Ad esempio, come abbiamo visto, per una pompa di calore l’efficienza deriva dal livello di isolamento dell’abitazione o ufficio in cui questa deve essere installata, dalla temperatura dell’ambiente da cui viene prelevato calore e, nel caso delle pompe di calore aria – aria e aria – acqua, anche dall’umidità dell’aria medesima.