Impianto ibrido, perché può essere una valida alternativa?

26/04/2022 - Con il termine “sostituzione”, riferito ai generatori di calore, si intende la rimozione del vecchio generatore e l'installazione di uno nuovo.
Di solito il vecchio generatore è una vecchia caldaia di tipo B a camera aperta, ormai fuori produzione. Il nuovo generatore potrebbe essere una caldaia a condensazione, oppure la vecchia caldaia potrebbe essere sostituita con una pompa di calore. 
 
Tra le molte soluzioni disponibili sul mercato in tema di riscaldamento residenziale, vi è il sistema ibrido. Le opzioni elencate per il “caso sostituzione” sono valide anche nel caso di installazione ex novo, ovvero su un immobile privo di generatore.
 
Di fronte alla scelta fra impianto con caldaia a gas e impianto con la sola Pompa di Calore (Pdc) elettrica, perché la soluzione ibrida potrebbe essere una valida alternativa?
 
Lo abbiamo chiesto all’ing. Filippo Busato, Presidente di AiCARR (Associazione italiana Condizionamento dell'Aria Riscaldamento e Refrigerazione), che abbiamo coinvolto in questo approfondimento sulle pompe di calore ibride assieme a RIELLO, recentemente premiata agli ADA - archiproducts design awards, nella sezione construction con il suo sistema ibrido murale pro.
 
Data l’ampiezza del tema, questo Focus è suddiviso in due parti: in questa prima parte, incentrata maggiormente sugli aspetti generali della tecnologia ibrida, interverrà AiCARR. 
 
Riprendendo la domanda posta precedentemente, secondo l’ing. Busato “la soluzione ibrida si configura come una soluzione estremamente vantaggiosa, soprattutto in alcuni climi e per ragioni diverse. In primo luogo, va considerato l’aspetto climatico.
 
Alcune zone d’Italia (definite dal DPR 412/93) presentano temperature estreme (di progetto) piuttosto basse, che tendono ad aumentare la potenza di progetto dell’impianto, pertanto la scelta di una soluzione con sola pompa di calore, soprattutto per gli edifici esistenti e privi o con scarso isolamento termico, porta ad optare per una taglia della pompa di calore piuttosto elevata rispetto agli standard di mercato, con i conseguenti possibili problemi determinati dalla fornitura di potenza elettrica che non sempre è disponibile.
 
In secondo luogo, va considerato il funzionamento dell’impianto, che per la maggior parte delle ore deve far fronte ad una richiesta di potenza che è solo una frazione di quella di progetto. La diretta conseguenza potrebbe essere che la pompa di calore, come sola unità per il riscaldamento, da una parte soddisfa il carico di progetto ma dall’altra sarebbe ampiamente sottoutilizzata per la parte rimanente del tempo.
 
Ricordiamo infatti che la pompa di calore è una tecnologia “capital intensive”, che ha un costo elevato se rapportato alla potenza termica fornita. In questo senso l’adozione di un sistema ibrido consente di ridurre la taglia della pompa di calore e utilizzare per la copertura della potenza massima richiesta una caldaia, come integrazione. La caldaia è una tecnologia “capital saving”, che ha un costo modesto se raffrontato alla potenza massima che può fornire.
 
Vi è poi da considerare una serie di aspetti non del tutto secondari. L’avere a disposizione due tecnologie alimentate l’una da una fonte come il gas, l’altra da un vettore come l’energia elettrica, consente di stabilire (i sistemi ibridi possono farlo in maniera automatica) per ogni condizione di funzionamento (temperatura esterna, potenza richiesta) e per ogni condizione al contorno (prezzi di combustibili e di vettori) un funzionamento ottimale per minimizzare i costi totali di gestione annuale dell’impianto.
 
Inoltre, una doppia capacità di generazione consente di lavorare con una “ridondanza” di disponibilità di potenza termica, in favore della sicurezza. Per tutti questi aspetti, nei climi più rigidi la soluzione ibrida appare ragionevolmente una soluzione molto intelligente.”
 
Con la soluzione ibrida è possibile sia riscaldare che raffrescare la propria abitazione, ma anche produrre ACS?
 
“Certamente! Quasi tutte le soluzioni ibride proposte dal mercato sono in grado, sfruttando l’inversione del ciclo frigorifero della pompa di calore, di riscaldare, raffrescare l’abitazione e di produrre ACS. Naturalmente se il sistema di distribuzione lo consente.
 
Gli impianti a radiatori, ad esempio, non sono in grado di fornire raffrescamento, per una ragione di scambio termico e perché tecnicamente non sono dotati di un sistema di smaltimento delle condense (rete di scarico condense).
 
Viceversa, molti sistemi a fancoil sono perfettamente in grado di garantire il raffrescamento (se dotati di scarico condensa), così come alcuni sistemi radianti se costruiti con tubazioni e passi di serpentina adatti, purché accoppiati a sistemi di deumidificazione dell’aria.
 
In alternativa, molti sistemi ibridi consentono l’adozione di Split idronici (o a espansione diretta) per il servizio di climatizzazione estiva.”
 
Per scegliere la migliore tecnologia per un impianto ibrido, quali sono le caratteristiche che l'acquirente o il progettista dovrebbe guardare? 
 
“Nel caso di riqualificazione di un edificio esistente che non coinvolga l’involucro senza dubbio la soluzione scelta dovrebbe orientarsi prevalentemente su sistemi aria - acqua.
Nel caso di una pesante riqualificazione dell’involucro, soprattutto nei climi moderati (C e D secondo il DPR 412/93) si può pensare a sistemi aria - aria canalizzati.
Non vanno tuttavia trascurate le opzioni acqua - acqua, in presenza di sorgenti termiche alternative all’aria come l’acqua di falda o gli scambiatori di calore geotermici a terreno.”
 
Rispetto ai terminali (radiatori, riscaldamento radiante, ecc), se esistenti sono compatibili con la soluzione ibrida? Nel caso di sostituzione, quale conviene mettere partendo dal presupposto che i radiatori lavorano bene alle alte temperature (quindi con caldaia) mentre un sistema radiante o a ventilconvettore lavora bene alle basse temperature (quindi con PdC)? 
 
“Anche in questo caso la risposta dipende fortemente dal tipo di operazione di riqualificazione che si intende attuare. Se non si riqualifica l’involucro, e quindi non si modifica la richiesta di potenza termica massima (di progetto), è opportuno mantenere i terminali esistenti, che possono essere alimentati anche a 70 gradi da molti sistemi ibridi presenti sul mercato. 
 
Riguardo la perplessità sull’utilizzo dei radiatori con la pompa di calore o il sistema ibrido, è sempre bene ricordare che i radiatori possono essere alimentati a temperatura scorrevole, più alta in corrispondenza di basse temperature esterne e più bassa con temperature esterne moderate.
 
Con una corretta progettazione della riqualificazione impiantistica, infatti, la temperatura di alimentazione dei radiatori viene utilizzata per una ridotta parte della stagione di riscaldamento (2% delle ore di funzionamento) mentre per la restante parte, che è stragrande maggioranza
del tempo, la temperatura di alimentazione dei radiatori può essere ridotta al di sotto dei 60 C°, portandosi quindi in un campo di temperature perfettamente compatibile con l’utilizzo continuo di una pompa di calore.”

Un impianto formato da due generatori quanto incide sui costi di acquisto e sulla manutenzione?
 
“Un sistema ibrido aumenta di poco i costi di installazione e fornitura rispetto a un sistema a sola pompa di calore, proprio perché la caldaia è un elemento “capital saving” rispetto alla pompa di calore che è più costosa in relazione alla potenza fornita.
 
In termini di manutenzione questa può essere considerata di poco superiore poiché la manutenzione di una pompa di calore è molto ridotta. Sicuramente a fronte dell’adozione di un sistema a due generatori non si tratterà di un costo di manutenzione doppio rispetto al generatore singolo, ma che può ragionevolmente orientarsi tra un 20 e un 50% in più, su base annuale.”
 
Un impianto con due generatori quanto spazio occupa? È una soluzione adottabile anche per unità immobiliari in condominio?
 
“In questo caso molto dipende dalla disponibilità di spazio all’interno delle unità. Tuttavia, esistono sistemi ibridi costruiti per essere alloggiati all’esterno, o ad incasso nella muratura, realizzati da molti marchi. 
 
Particolare attenzione va però posta relativamente all’accumulo sanitario, che nel caso di sistemi a pompa di calore, tenuto conto della minore temperatura possibile per lo stoccaggio e della potenza ridotta della pompa di calore, è quasi sempre necessario.
 
Mentre con impianti a sola caldaia si può optare per una soluzione di produzione sanitaria “istantanea” (senza accumulo), nel caso di sistemi ibridi la soluzione con accumulo è sempre consigliabile, soprattutto per sfruttare con maggiore efficacia l’elevato rendimento del sistema a pompa di calore.”

Per un approfondimento completo, prosegui alla seconda parte dell'articolo.