Retrofitting di vecchi edifici residenziali con pompe di calore ibride

Una nuova ricerca dimostra che le pompe di calore ibride che combinano una pompa di calore elettrica e una caldaia a gas rappresentano una soluzione tecnicamente fattibile ed economicamente sostenibile per decarbonizzare parzialmente la fornitura di calore nelle abitazioni più vecchie. I prezzi del gas e dell’elettricità, tuttavia, sono fattori cruciali negli scenari reali.

Agosto 24, 2023 Emiliano Bellini

Caso studio: edificio residenziale

Immagine: Dublin City University, Energy and Buildings, Creative Commons License CC BY 4.0

Un gruppo di ricerca internazionale ha studiato le pompe di calore ibride (HHP) come soluzione tecnicamente ed economicamente fattibile per la decarbonizzazione della fornitura di calore nei vecchi edifici residenziali e ha scoperto che può portare a un risparmio energetico leggermente superiore rispetto alle pompe di calore solo elettriche (EHP).

Gli scienziati hanno descritto un HHP come un sistema che combina una pompa di calore aria-acqua azionata elettricamente con una caldaia a condensazione a gas (GB) e hanno affermato che questi dispositivi sarebbero particolarmente adatti per le vecchie abitazioni dotate di emettitori di calore ad alta temperatura.

“Durante i periodi più freddi, quando si verificano maggiori carichi di riscaldamento insieme a prestazioni più scarse delle EHP, le HHP offrono la possibilità di passare alla modalità GB, che può essere più favorevole in tali condizioni”, hanno spiegato, aggiungendo che le HHP di solito funzionano in modalità EHP quando la temperatura esterna supera i 3 C. “L’uso della modalità GB può anche offrire alcuni vantaggi rispetto alla modalità EHP quando è richiesta acqua calda sanitaria (DHW), spesso a temperature superiori a 50 C”.

Utilizzando un modello di simulazione energetica, il gruppo ha analizzato le prestazioni di un HHP in uno scenario di retrofit di un edificio residenziale che coinvolge sia il sistema di riscaldamento che l’involucro dell’edificio. Ha poi confrontato le prestazioni dell’HHP con quelle di un EHP di riferimento e dei sistemi di riscaldamento a combustibili fossili in presenza di diverse misure di retrofit dell’involucro e di condizioni operative.

Hanno convalidato il modello in una casa esposta a sud situata a Dublino. È stata costruita nel 1999 e dotata di radiatori in alluminio a bassa temperatura tra il 2014 e il 2015. L’edificio ha una superficie di 160 m2 , un’altezza del pavimento di 2,5 m e una superficie totale delle pareti esterne di 139 m2 .

Sono stati considerati tre diversi scenari di retrofit: uno scenario di base che tiene conto della costruzione originale; uno scenario di retrofit minimo basato sul retrofit attuato tra il 2014 e il 2015; e uno scenario di retrofit profondo che ipotizza che l’edificio sia ristrutturato secondo le attuali linee guida nazionali irlandesi. “Per tutti gli scenari, il sistema di riscaldamento è stato fatto funzionare normalmente in modo da mantenere una temperatura interna media di 20 C con una banda morta di 0,5 C in ogni momento”, hanno specificato.

L’analisi è stata condotta ipotizzando un HHP che combina una pompa di calore elettrica da 8 kW con una caldaia a gas da 33 kW. Può funzionare in tre modalità diverse: 1 – Quando la temperatura esterna è inferiore a 2 C, la caldaia a gas fornisce l’intero carico termico; 2 – Quando la temperatura esterna è superiore a 2 C, la pompa di calore elettrica fornisce l’intero carico termico; 3 – La pompa di calore e la caldaia a gas funzionano insieme quando la temperatura esterna è superiore a 2 C e la temperatura dell’acqua richiesta è superiore a 45 C.

La simulazione ha preso in considerazione prezzi del petrolio, del gas naturale e dell’elettricità rispettivamente di 0,088€/kWh, 0,069€/kWh e 0,21€/kWh.

I ricercatori hanno riscontrato che tutti gli scenari di pompe di calore ibride hanno ottenuto un leggero risparmio energetico rispetto ai rispettivi scenari di pompe di calore elettriche. Hanno inoltre accertato che i sistemi ibridi erano competitivi in termini di emissioni di carbonio per unità di superficie. “Per tutti gli scenari è possibile recuperare tra il 41% e l’80% del costo di capitale dell’impianto di riscaldamento rispetto a un sistema di caldaie a gasolio”, hanno dichiarato i ricercatori, sottolineando che le prestazioni economiche delle pompe di calore ibride dipendono strettamente dai prezzi dell’elettricità e del gas.

Hanno presentato il nuovo concetto di pompa di calore nello studio “Technical and economic assessment of a hybrid heat pump system as an energy retrofit measure in a residential building”, pubblicato su Energy and Buildings. Il gruppo di ricerca comprende accademici della Dublin City University e dell’University College Dublin in Irlanda, oltre che dell’Università di Sassari in Italia.

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