Climatizzazione e riscaldamento a energia pulita
Progettare impianti integrati con pompe di calore e fotovoltaico: la soluzione tecnologica vincente per edifici più̀ sostenibili.
di Daniele Menichini, architetto e autore della redazione di Infoprogetto
Architetto e designer, nato a Engelberg in Svizzera nel 1968, nel 1995 si laurea alla Facoltà di Architettura di Firenze e nel 1996 fonda il suo studio che si occupa di progettazione, interni, allestimenti, design, comunicazione visiva e art direction nell’arredamento home e contract, è visiting professor della School of Architecture Planning and Design di Benguerir (Marocco) e membro della task force Obiettivi Sviluppo Sostenibile Agenda 2030 ONU dell’Unione Internazionale Architetti. È stato parte del team curatoriale del Padiglione Italia “Comunità Resilienti” alla 17a Mostra Internazionale di Architettura Biennale di Venezia e dell’evento collaterale Students as researchers nella successiva 18a edizione della Biennale. È membro di “Peccioli Forum, incontri sulla biodiversità sociale” e del gruppo curatoriale di We are out of time sostenuto da Architetture Sostenibili per i luoghi della cultura e promosso dalla Direzione Generale Creatività Contemporanea del Ministero italiano della Cultura.
Essere ecosostenibili e ridurre il costo in bolletta, oltre che quello sull’ambiente, è un tema ormai più che attuale e riguarda tutto il patrimonio immobiliare italiano, pubblico e privato, che si trova davanti alla necessità di migliorare i livelli di consumo di energia. Questo cambiamento, sollecitato anche dalle recenti normative come la Direttiva Case Green, impone un nuovo modo di consumare energie e soprattutto un adeguamento degli impianti di riscaldamento e raffrescamento: norme, esigenze di vita e di mercato e, quindi, come il modo di progettare e pensare gli edifici deve cambiare a partire dall’assetto del parco impianti. Negli ultimi anni il mondo della progettazione si sta sempre più affidando a soluzioni alternative agli impianti tradizionali per riscaldare o raffrescare gli ambienti con l’obiettivo anche di ottimizzare o ridurre il consumo di energia. Tra le possibili soluzioni da poter scegliere spicca l’abbinamento, vincente e sostenibile, della pompa di calore e del fotovoltaico che sfruttano rispettivamente, la differenza di temperatura tra interno ed esterno e l'energia solare. Le due tecnologie, quando combinate, migliorano l'efficienza energetica dell'edificio e garantiscono un ridotto impatto ambientale oltre che bollette decisamente più leggere.
In questo Speciale Tecnico illustriamo brevemente le due tecnologie, come funzionano e quali i vantaggi di un sistema integrato
Le tecnologie in breve: pompa di calore e fotovoltaico
La pompa di calore rappresenta oggi una tecnologia innovativa e dalla straordinaria efficienza energetica grazie alla sua capacità di sfruttare il calore di una fonte esterna (che può essere acqua, aria o sottosuolo) per il riscaldamento invernale, la climatizzazione estiva e la produzione di acqua calda sanitaria, ed è applicabile in uso domestico ma anche extradomestico. Come funziona? La pompa di calore è un'apparecchiatura il cui funzionamento si basa sul trasferimento di calore da una sorgente a bassa temperatura (aria ambiente, acqua, terreno) a una sorgente a temperatura più elevata utilizzando un ciclo termodinamico. Si tratta di invertire la temperatura della fonte esterna attraverso un sistema di compressione e scambio che permette di riscaldare o raffrescare, a seconda delle esigenze della situazione climatica, ma anche di produrre acqua calda sanitaria e convogliarla in un sistema di accumulo che può essere combinato anche con altre tecnologie.
La pompa di calore è una macchina che naturalmente si presta a un utilizzo continuo durante tutto l’anno essendo capace sia di riscaldare sia di raffrescare. Il ciclo di funzionamento di una pompa di calore è composto da quattro fasi: compressione, condensazione, espansione, evaporazione. Il fluido allo stato di vapore viene compresso dal compressore, aumentano così sia la sua pressione sia la temperatura, il vapore compresso poi condensa nel primo scambiatore di calore fino a diventare completamente liquido. Il calore ceduto in questa fase del processo è propedeutico ad aumentare la temperatura dell’ambiente interno durante la funzione di riscaldamento o a smaltire esternamente il calore asportato dall’ambiente interno durante la funzione di raffrescamento. Successivamente la valvola di laminazione consente al liquido di diminuire la propria pressione fino al valore di ingresso al compressore, avviando al contempo il processo di evaporazione. Infine, nel secondo scambiatore di calore, il fluido evapora del tutto prelevando calore dall’ambiente esterno o dall’ambiente interno. In inverno, la pompa di calore riscalda l’abitazione prendendo dall’ambiente esterno il calore immagazzinato nell’aria, nell’acqua o nel suolo e trasferendolo all’interno dei locali. Viceversa, in estate, con la possibilità di inversione del ciclo, la pompa di calore segue il principio di funzionamento del “frigorifero domestico”: la pompa di calore, in funzione di condizionamento, preleva il calore in eccesso e lo espelle all’esterno, raffrescando gli ambienti. La pompa di calore è poi in grado di produrre anche acqua calda sanitaria, che viene poi viene riscaldata in appositi serbatoi di accumulo e distribuita attraverso le normali tubazioni idrauliche esistenti all’interno degli edifici.
Un pannello fotovoltaico è, invece, composto da unità dette celle, solitamente di un materiale semiconduttore come il silicio con altri elementi come boro e fosforo. Le celle sono poi posizionate una accanto all’altra su una superficie piana e collegate tra loro; al di sopra viene montato un vetro di copertura trattato per ottenere la massima resa di energia. I pannelli sfruttano l’irraggiamento del sole per produrre energia ed è per questo motivo che è necessario un ottimale posizionamento della superficie formata dalle celle e non tanto di un clima particolarmente caldo, ma anzi l’efficienza è al massimo della resa se la temperatura delle celle resta al di sotto dei 25 °C. La conversione dei raggi solari in energia elettrica avviene nelle celle fotovoltaiche: i fotoni della luce solare, che colpiscono i materiali all’interno delle celle, liberano degli elettroni, producendo corrente elettrica continua che deve essere poi trasformata in corrente alternata, installando un inverter.
Da BigMat si trovano soluzioni per impianti integrati: pannelli, inverter, pompe di calore e condizionatori.
Alcuni esempi nell’articolo di BigMat "Arrivano le energie rinnovabili"
pubblicato su Up!41 - luglio 2024
Integrazione impiantistica e sinergia progettuale
La combinazione di tecnologie all'avanguardia e pratiche eco-sostenibili consente di migliorare il bilancio energetico dell’edificio, costruire ambienti confortevoli e salutari riducendo l'impatto sull'ambiente e i costi a lungo termine.
La scelta progettuale di combinare pompe di calore con pannelli fotovoltaici è altamente efficiente nel ridurre i consumi e l’impatto ambientale. Questa integrazione consente, infatti, di sfruttare al meglio l’energia solare, combinando l’elettricità prodotta dai pannelli fotovoltaici con il funzionamento delle pompe di calore.
Ogni impianto di riscaldamento e raffrescamento può configurarsi già in partenza con una pompa di calore (formata da un’unità esterna e una interna) ed essere poi affinato e migliorato in modo esponenziale aggiungendo l’integrazione del fotovoltaico. In questo sistema l'energia solare viene catturata dai pannelli fotovoltaici installati e convertita in energia elettrica (processo noto come effetto fotovoltaico) che viene, quindi, utilizzata per alimentare l'impianto di climatizzazione e per azionare i compressori, le ventole e altri componenti necessari per condizionare o riscaldare l'aria all'interno dell'edificio.
Tra i sistemi integrati di autoproduzione di energia, quello che combina fotovoltaico e pompa di calore opera in modo intelligente e sostenibile portando numerosi benefici, su scala sia residenziale sia commerciale, che definiscono effettivamente quanto si risparmia con la “combo” fotovoltaico e pompa di calore. L'integrazione della pompa di calore con il fotovoltaico permette prima di tutto di ridurre sensibilmente l'impatto ambientale associato all'impianto di riscaldamento. Se le pompe di calore utilizzano fonti naturali per produrre energia e riscaldare (o raffrescare) la nostra casa, un sistema ibrido con fotovoltaico permette di fare lo stesso senza emissioni di C02 e incrementando la quota di energia proveniente da fonte solare.
Installare un impianto integrato con pompa di calore e fotovoltaico assicura anche un notevole risparmio economico: non solo grazie a costi in bolletta decisamente ridotti, ma anche per via della possibilità̀ di accedere alle detrazioni fiscali per la riqualificazione energetica previste dal Governo, con cui recuperare parte delle spese sostenute per l'acquisto dei due impianti. Contemporaneamente, con lo scambio sul posto l'energia prodotta in eccesso è distribuita alla rete elettrica nazionale e l'utente riceverà un rimborso dal Gestore dei Servizi Energetici. Da sola, una pompa di calore ha la capacità di abbattere i consumi annui fino al 75%, mentre associandovi il fotovoltaico è possibile alimentarla con energia pulita e incrementare ulteriormente il già notevole vantaggio economico. La convenienza effettiva di questo sistema si esprime anche nella valorizzazione commerciale del proprio immobile grazie all'aumento della sua classe energetica.
Il sistema ibrido con fotovoltaico e pompa di calore si fa apprezzare anche per la minima manutenzione richiesta: sono sistemi che notoriamente richiedono pochi interventi di manutenzione, in quanto privi di parti meccaniche in movimento, di serbatoi di carburante o di canne fumarie. Nello specifico, per la pompa di calore è sufficiente un controllo biennale da parte di un tecnico specializzato, che misurerà la temperatura e la pressione dell'apparecchio; per l'impianto fotovoltaico basterà invece una buona pulizia annuale. Infine, installando un impianto fotovoltaico con pompa di calore si implementa un sistema multifunzione che risponde a tutte le esigenze termiche ovvero è adatto a riscaldare l'abitazione durante l'inverno, a rinfrescare in estate e a fornire acqua calda sanitaria.
La progettazione di impianti integrati è oggi uno dei servizi più richiesti e rivolti ai tecnici e specialisti della termoidraulica e dell’elettrico i quali, insieme ai professionisti dell’edilizia e ai distributori di materiali edili, possono creare una filiera integrata e dinamica. Progettare un impianto integrato richiede un knowhow trasversale: dalla conoscenza della tecnologia fotovoltaica e impiantistica all’esperienza nell’installazione e manutenzione di impianti di riscaldamento. Settore elettrico, idraulico ed edile sono chiamati a far convergere le loro competenze per proporre sul mercato soluzioni integrate.
Sistemi integrati: scelta intelligente e sostenibile
Vantaggi economici
- Risparmio sui costi energetici: utilizzando l'energia solare gratuita e inesauribile è possibile ridurre i costi energetici legati all'impianto di climatizzazione.
- Incentivi fiscali: in molte giurisdizioni sono disponibili incentivi fiscali e sussidi per l'installazione di impianti fotovoltaici, che possono contribuire a ridurre ulteriormente i costi iniziali.
- Aumento del valore dell'edificio: un impianto di climatizzazione ecologico ed efficiente può aumentare il valore dell'edificio, rendendolo più attraente sul mercato immobiliare.
Vantaggi di funzionamento
- Indipendenza energetica: utilizzando l'energia solare, si diventa meno dipendenti dalle fonti convenzionali, garantendo una maggiore stabilità nell'approvvigionamento energetico.
- Riduzione dell'impatto ambientale: l'utilizzo dell'energia solare contribuisce a ridurre le emissioni di gas serra e l'inquinamento atmosferico, aiutando a preservare l'ambiente.
Vantaggi di manutenzione
- Costi di manutenzione ridotti: i sistemi fotovoltaici richiedono una manutenzione minima rispetto ai sistemi convenzionali, riducendo i costi a lungo termine.
- Affidabilità: gli impianti fotovoltaici sono progettati per durare a lungo nel tempo e richiedono poca manutenzione, garantendo un funzionamento stabile e affidabil
Vantaggi ambientali
- Riduzione delle emissioni di gas serra: l'utilizzo dell'energia solare contribuisce a ridurre le emissioni di gas serra e a contrastare il cambiamento climatico.
- Utilizzo di una fonte rinnovabile: l'energia solare è una fonte rinnovabile e pulita, che non produce scorie o rifiuti tossici, contribuendo a preservare l'ambiente per le generazioni future.