Le pompe di calore termoacustiche sono sull’orlo di una svolta commerciale

L’azienda olandese BlueHeart Energy, sviluppatrice di pompe di calore termoacustiche, ha annunciato che la sua tecnologia di motori per pompe di calore termoacustiche è attualmente in fase di test in ambito residenziale e che il suo ingresso nel mercato europeo è previsto per la primavera del 2027.

“Questo lancio iniziale sarà volutamente modesto”, ha dichiarato l’amministratore delegato Michiel Hartman a pv magazine. “Le prime unità saranno consegnate in volumi limitati, consentendo ai partner di validare le prestazioni in condizioni reali mentre la capacità produttiva aumenta. Seguirà un lancio su larga scala graduale, con un’espansione prevista di almeno un altro anno. In altre parole, mentre alcuni clienti potrebbero essere in grado di acquistare i sistemi entro i prossimi 12 mesi, la disponibilità su vasta scala arriverà in seguito”.

La tempistica coincide con un cambiamento più ampio nel panorama energetico residenziale europeo. Le famiglie si trovano sempre più spesso a dover gestire un surplus di energia solare prodotta, soprattutto con la progressiva eliminazione dei sistemi di net metering in mercati come quello olandese.

Al momento del lancio, si prevede che i sistemi che incorporano il nuovo motore avranno un prezzo simile a quello delle pompe di calore esistenti. La proposta di valore iniziale si concentrerà quindi su altri vantaggi: minore rumorosità, maggiore flessibilità, compatibilità con gli edifici esistenti e migliore integrazione con i sistemi di energia rinnovabile.

Nel tempo, si prevede che i vantaggi economici diventeranno più evidenti, non necessariamente grazie alla riduzione dei costi delle apparecchiature, ma piuttosto alla diminuzione delle spese di installazione e al calo delle bollette energetiche. La possibilità di evitare importanti modifiche agli edifici e di sfruttare la flessibilità dei prezzi dell’energia potrebbe fare una differenza significativa nel costo totale di proprietà.

Progettazione del sistema

Una pompa di calore termoacustica funziona senza i processi convenzionali di compressione, condensazione ed evaporazione. Invece di un ciclo di refrigerazione, utilizza onde sonore ad alta intensità per trasferire calore. Queste onde generano oscillazioni di pressione in un gas, creando differenze di temperatura che possono essere sfruttate per il trasferimento termico. Questo approccio riduce la complessità meccanica e può migliorare la durata grazie a un minor numero di parti in movimento.

“Una delle caratteristiche distintive delle pompe di calore termoacustiche è la flessibilità”, ha affermato Hartman. “I sistemi convenzionali offrono prestazioni ottimali entro un intervallo di temperatura ristretto. Se abbinati a fonti come i pannelli fotovoltaici termici (PVT), potrebbero richiedere componenti aggiuntivi per la regolazione della temperatura, con conseguente aumento dei costi e della complessità. I sistemi termoacustici, invece, possono funzionare in modo efficiente in un intervallo di temperature di ingresso molto più ampio, senza necessità di precondizionamento. Questo li rende particolarmente adatti all’integrazione con fonti rinnovabili variabili”.

Una pompa di calore acustica sviluppata da Copeland in collaborazione con BlueHeart Energy. Immagine: Copeland

Le pompe di calore con motore integrato possono essere utilizzate per il riscaldamento degli ambienti, la produzione di acqua calda sanitaria (ACS) e il raffreddamento, sia in ambito residenziale sia industriale.

Presentato per la prima volta nel 2022, il motore utilizza elio e onde sonore al posto del tradizionale ciclo di compressione. Due pistoni generano un’onda acustica a 60 Hz, che provoca l’alternanza tra compressione ed espansione del gas, mentre gli scambiatori di calore catturano le differenze di temperatura risultanti.

Il sistema è compatto e modulare, con singole unità che erogano una potenza termica da 1 kW a 6 kW. La potenza può essere aumentata fino a 600 kW combinando più unità. Funziona in un ampio intervallo di temperature, con temperature di alimentazione da circa -25 °C a 40 °C e temperature di uscita fino a 80 °C, risultando adatto sia alle nuove costruzioni sia agli interventi di ammodernamento su impianti di riscaldamento esistenti.

“È compatto e molto silenzioso, poiché la sua frequenza costante consente un’efficace cancellazione del rumore”, ha affermato Hartman. “Rispetto ai sistemi convenzionali, risponde più rapidamente alle richieste e presenta un’usura minima grazie al funzionamento fluido e al numero limitato di parti in movimento”.

Il motore misura circa 55 cm x 55 cm e pesa circa 60 kg. I livelli di rumorosità sono inferiori a 40 dB(A), grazie ai pistoni antivibrazione e al funzionamento a frequenza costante. “La sua architettura semplice garantisce una manutenzione ridotta e una durata di progetto di circa 20 anni”, ha aggiunto Hartman.

All’interno del motore, due trasduttori lineari, simili ad altoparlanti, generano oscillazioni di pressione che si propagano come onde sonore attraverso un circuito sigillato di elio. Queste oscillazioni provocano la compressione e l’espansione del gas in punti specifici, consentendo lo scambio termico. Un rigeneratore, insieme agli scambiatori di calore, converte questo movimento oscillatorio in un flusso di calore continuo.

L’energia elettrica genera le onde di pressione, l’elio subisce cicli di compressione ed espansione e il calore viene assorbito a un’estremità e rilasciato all’altra. Il risultato è un aumento di temperatura, che concentra efficacemente il calore attraverso le onde sonore in un sistema sigillato e pressurizzato.

Il rigeneratore è un componente chiave, costituito da una struttura porosa progettata per garantire un efficiente scambio termico con l’elio oscillante. Agisce come mezzo di accumulo termico, consentendo il trasferimento di calore tra il gas e il materiale solido. Man mano che il gas si muove avanti e indietro, i gradienti di temperatura e gli sfasamenti tra pressione e velocità creano un flusso di calore direzionale netto.

BlueHeart Energy non produce sistemi completi di pompe di calore. Fornisce invece il motore principale, che viene integrato nei prodotti finiti da aziende partner. Di conseguenza, l’ingresso nel mercato dipende non solo dall’azienda stessa, ma anche dai suoi partner.

L’azienda sta attualmente collaborando con un produttore spagnolo di pompe di calore, di cui non è stato rivelato il nome, per lanciare un sistema che utilizza il motore termoacustico entro la fine del primo trimestre del prossimo anno. Le dimostrazioni presentate alle recenti fiere di settore hanno incluso sia il motore autonomo sia sistemi integrati.

Prestazioni

I confronti prestazionali con le pompe di calore convenzionali presentano alcune sfumature. “I sistemi a compressione di vapore possono raggiungere un’efficienza molto elevata in specifici punti di funzionamento”, ha affermato Hartman. “I sistemi termoacustici offrono prestazioni più costanti in una gamma più ampia di condizioni”.

Anziché raggiungere un singolo punto ottimale, il sistema mantiene un profilo di efficienza relativamente stabile, soprattutto con incrementi di temperatura più elevati, come ad esempio l’innalzamento della temperatura dell’acqua da 10 °C a 55 °C o più. Ciò lo rende particolarmente adatto agli edifici esistenti, dove spesso sono richieste temperature di esercizio più elevate.

“In termini pratici, questo rende la tecnologia particolarmente adatta agli interventi di ristrutturazione”, ha affermato Hartman. “Gli edifici più vecchi, che rappresentano la maggior parte del patrimonio immobiliare europeo, spesso non possono ospitare sistemi di riscaldamento a bassa temperatura senza costosi interventi di ammodernamento. I sistemi termoacustici possono funzionare con i radiatori e le tubature esistenti, riducendo la necessità di ristrutturazioni estese”.

Con l’aumento della produzione e l’espansione delle partnership, il prossimo anno sarà cruciale per determinare la rapidità con cui la tecnologia termoacustica si affermerà sul mercato. Il suo successo dipenderà non solo dalle prestazioni tecniche, ma anche dalla capacità di affrontare le sfide pratiche per i proprietari di casa, gli installatori e gli operatori del settore.

“Quel che è chiaro”, ha affermato Hartman, “è che questa tecnologia arriva in un momento di grandi cambiamenti. Man mano che i sistemi energetici diventano più decentralizzati, dinamici e basati sulle energie rinnovabili, soluzioni flessibili come le pompe di calore termoacustiche potrebbero svolgere un ruolo sempre più importante”.

BlueHeart Energy è una società spin-off dell’Organizzazione olandese per la ricerca scientifica applicata (TNO) e ha sede a Heemskerk, nella provincia dell’Olanda Settentrionale, dove gestisce un piccolo stabilimento e un impianto di collaudo.

Nell’aprile del 2025, la società statunitense specializzata in sistemi di riscaldamento Copeland ha investito una somma non specificata in BlueHeart Energy.

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