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Sistemi ibridi e pompe di calore a confronto
di Roberto Nidasio - CTI Comitato Termotecnico Italiano Energia e Ambiente

Sistemi ibridi e pompe di calore a confronto

Come scegliere in base alla valutazione dell’intervento e dell’investimento

Vedi Aggiornamento del 13/06/2024
Foto: goodluz©123RF.com
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di Roberto Nidasio - CTI Comitato Termotecnico Italiano Energia e Ambiente
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29/07/2022 - Cosa sono, come funzionano, ma, soprattutto, quando è conveniente e opportuna l’installazione dei sistemi ibridi (detti anche generatori ibridi o pompe di calore ibride) rispetto a soluzioni solo in pompa di calore.

Iniziamo con lo spiegare che cosa sono questi sistemi. Un generatore ibrido è sostanzialmente una macchina che combina, in un unico prodotto, una caldaia, tipicamente a gas, e una pompa di calore, tipicamente elettrica di tipo aria-acqua. Tale macchina sarà quindi costituita da una unità esterna (l’evaporatore della pompa di calore) e da un’unica unità interna, che al suo interno conterrà il condensatore della pompa di calore, la caldaia, un serbatoio di accumulo e ovviamente tutti i circuiti e i dispositivi di regolazione e di controllo. In parole povere, è come avere due generatori in uno.

Si noti che la stessa tipologia di configurazione, pompa di calore + caldaia, può anche essere ottenuta prendendo due macchine separate e prevedendo, con sistemi di regolazione e controllo esterni, che funzionino secondo certe logiche. Tali configurazioni sono dette “multi-generatore”. Un generatore ibrido è invece un unico generatore, factory-made, in cui il funzionamento combinato è già previsto dal costruttore. In genere, quasi tutti questi sistemi ibridi provvedono sia al servizio di riscaldamento, sia all’acqua calda sanitaria.

Le logiche di regolazione e il funzionamento possono essere diversi a seconda del tipo di macchina e da ciò che ha previsto il fabbricante. Sempre in linea generale, tipicamente in questi sistemi l’acqua calda sanitaria è prodotta dalla parte caldaia, mentre per il riscaldamento, la pompa di calore può provvedere ad un primo salto termico, mentre la caldaia entra in azione se è necessario innalzare ulteriormente la temperatura di mandata. I sistemi di controllo di queste macchine, per il riscaldamento, possono anche tener conto della temperatura esterna (misurata con sonda esterna) per evitare di far funzionare la pompa di calore quando la temperatura esterna è al di sotto di una certa soglia. Inoltre, le macchine più evolute potrebbero avere addirittura un criterio di scelta di tipo economico, facendo funzionare l’una o l’altra parte a seconda dei prezzi impostati di energia elettrica e gas. In estrema sintesi, quindi, tali sistemi cercano, in vari modi, di combinare i punti di forza della pompa di calore con quelli di una caldaia.

Arriviamo ora alla domanda delle domande: in che situazioni è opportuno e conveniente l’installazione di sistemi ibridi rispetto, ad esempio, a una soluzione che prevede la sola pompa di calore? Molti addetti commerciali e i tecnici più superficiali potrebbero liquidare brevemente la questione dicendo che per le nuove costruzioni anche la sola pompa di calore andrebbe bene, ma per gli edifici esistenti sarebbe più sicuro un sistema ibrido. Chiaramente non è proprio così ed è necessario qualche ragionamento più approfondito, che un buon termotecnico dovrebbe non solo fare, ma anche condividere con il cliente/committente.

Come accennavamo, il punto di partenza di tutto il ragionamento deve essere l’analisi dei punti di forza e dei punti di debolezza delle due tecnologie, la pompa di calore e la caldaia. La pompa di calore è sicuramente una macchina estremamente efficiente, poiché è un grado di riqualificare, a più alta temperatura, l’energia dell’ambiente esterno (aria, acqua o terreno). Inoltre, le moderne macchine sono ormai in grado di lavorare anche a basse temperature esterne, quindi, se da un lato è vero che per basse temperature di sorgente fredda, il COP degrada, dall’altro è altrettanto vero, tolte situazioni estreme e condizioni particolari, che a livello stagionale, in termini energetici, una pompa di calore è generalmente più performante di una caldaia, anche a condensazione. Però, come detto, ci sono situazioni in cui la pompa di calore entra un po’ in difficoltà.

Ma, nella maggior parte di questi casi, non c’entra la sorgente fredda, bensì il cosiddetto pozzo caldo. Generalmente le pompe di calore sono in difficoltà nel fornire acqua ad alta temperatura (diciamo sopra i 60-65 °C). Ecco, quindi, il primo caso in cui un sistema ibrido può essere più indicato: la situazione in cui l’edificio ha un carico termico che non è soddisfabile a temperature medio-basse. Tipicamente questo avviene in edifici non isolati e nei quali non si riesce (o per varie ragioni, non si vuole) cambiare i terminali di emissione di modo che si possa far lavorare l’impianto a più basse temperature (nemmeno prevedendo un funzionamento continuo 24 ore).

Abbiamo parlato di riscaldamento, ma si suppone che il nostro edificio richieda anche l’acqua calda sanitaria. Quest’ultima, per le pompe di calore, è particolarmente antipatica da fornire, essenzialmente per due ragioni: 1) l’acqua calda è necessariamente da fornire ad una certa temperatura, nell’intorno dei 50-55 °C, che è piuttosto elevata; 2) tipicamente i prelievi di acqua calda sono brevi e intensi: è richiesta tanta potenza in un arco temporale di qualche manciata di minuti, proprio quel che la pompa di calore fa fatica a fare. Di conseguenza, più sono importanti e concentrati i fabbisogni (prelievi) di acqua calda sanitaria e più un sistema ibrido è più indicato (possiamo pensare, ad esempio, ad una struttura ricettiva oppure anche ad un centro sportivo o una palestra). In questi casi la parte caldaia permette di avere tanta potenza istantanea e quindi soddisfare più agevolmente i picchi di richiesta. Chiariamo: non è che sia impossibile soddisfare tali esigenze con le sole pompe di calore, ma sicuramente il sistema va attentamente dimensionato e occorrerà necessariamente prevedere accumuli importanti, cosa che potrebbe andare a discapito dell’efficienza complessiva.

Parlando di accumuli, è giusto anche menzionare una questione legata alla praticità e in particolare agli ingombri. Infatti, una soluzione in sola pompa di calore, come abbiamo intuito, necessita di accumuli di acqua calda e magari anche tecnici per ottimizzarne il funzionamento. In alcuni edifici esistenti, potrebbero esserci dei limiti nello spazio a disposizione in centrale termica o in ambiente riscaldato. I sistemi ibridi generalmente hanno accumuli più ridotti, perché la parte caldaia ne ha poca necessità. Essi, quindi, occupano meno spazio e possono essere più adatti in situazioni dove si hanno i centimetri contati.

Ultima considerazione a valle di quello che ci siamo appena detti: in tutte le situazioni in cui non ci sono controindicazioni tecniche per l’installazione dell’una o dell’altra soluzione, occorre necessariamente prendere una decisione facendo una vera e propria valutazione dell’intervento e dell’investimento, cioè confrontando gli scenari e calcolando qual è l’alternativa più conveniente. A tale riguardo menzioniamo un fatto non del tutto trascurabile, che deve essere necessariamente tenuto conto nell’analisi: andare verso una soluzione in sola pompa di calore comporta l’affidarsi a un unico vettore energetico (l’energia elettrica), mentre un sistema ibrido necessita di due vettori (il gas per la parte caldaia e l’energia elettrica per la pompa di calore). Quindi con la pompa di calore, qualora anche gli altri usi domestici (ad esempio, la cottura cibi) fosse elettrificata, vi sarebbe l’opportunità di staccarsi dal gas ed avere solo un’unica bolletta (dell’energia elettrica). In generale, questo potrebbe costituire un vantaggio economico, poiché, a parità di consumi, con un’unica bolletta verrebbero risparmiati gli oneri fissi e l’impegno di avere attivato il contatore gas.

Ora, è chiaro che questo dipende dalle condizioni tariffarie e dai prezzi dell’energia, che sono difficilmente prevedibili da qui ai prossimi dieci anni. Avere quindi un unico vettore potrebbe anche, in futuro, essere uno svantaggio, proprio perché è difficile prevedere gli aumenti percentuali di prezzo dei due vettori. Ad oggi, il prezzo dell’energia elettrica è stato sempre piuttosto correlato a quello del gas, appunto perché una quota significativa dell’energia elettrica è prodotta utilizzando il gas, ma non è detto che sarà sempre così in futuro.

Per concludere e fare un po’ la sintesi, possiamo quindi dire che da un lato ci sono delle situazioni in cui un sistema ibrido è sicuramente più indicato, ma dall’altro non dobbiamo credere che per gli edifici esistenti non possa andare bene anche la sola pompa di calore. Chiaramente è il progettista che deve fare tutte le valutazioni del caso e possibilmente anche qualche comparazione quantitativa, attraverso opportune simulazioni di calcolo, cercando di prospettare la soluzione che sia certamente fattibile da un punto di vista tecnico, ma anche più conveniente per il cliente.
 
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