Approfondimenti

Energia pulita e benessere per noi e le generazioni future

Il processo di decarbonizzazione che è in atto in Europa coinvolge direttamente il settore dell’HVAC (riscaldamento, ventilazione e climatizzazione) con degli obiettivi sfidanti: raggiungere la neutralità climatica entro il 2050.
Perché questo obiettivo sia giuridicamente vincolante, la Commissione per il Green Deal europeo ha proposto una normativa sul clima, energia, trasporti e fiscalità che impone di ridurre le emissioni nette di gas a effetto serra di almeno il 55% entro il 2030 rispetto ai livelli del 1990.

Questo significa assumersi l’impegno di ridurre la quantità di anidride carbonica (CO2) e le emissioni di altri gas a effetto serra (GHG), come il metano (CH4), il protossido di azoto (N2O) e i gas fluorurati (F-gas) che vengono prodotti e rilasciati nell'atmosfera. L’aspettativa? Accrescere il benessere e migliorare la salute dei cittadini e delle generazioni future.

La decarbonizzazione coinvolge appieno il settore HVAC per tre motivi:
- Il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici e dei Data Center consumano un'enorme quantità di energia.
- I sistemi di condizionamento e di raffreddamento utilizzano storicamente combustibili fossili o gas fluorurati (F-gas) per funzionare.
- Il condizionamento e la refrigerazione coinvolge tutti gli edifici e i processi, specialmente industriali e tecnologici, che incontriamo nella nostra vita quotidiana, dalla casa al luogo di lavoro, dello sport e della sanità fino ai prodotti che utilizziamo e agli alimenti che consumiamo.

L'edificio a zero emissioni di carbonio

L’obiettivo è di avere sempre più edifici a energia quasi zero (Nzeb, Nearly Zero Energy Building), in grado di “funzionare” quasi annullando completamente il proprio fabbisogno di energia. Un edificio NetZero ossia a emissioni zero, ancora meglio, dovrebbe essere progettato con orientamento all’adattabilità, alla decostruzione e al riutilizzo grazie a materiali riqualificabili e avere un impatto pari o inferiore a zero di emissioni, durante tutto il suo ciclo di vita e da tutte le fonti: edilizia, rete energetica e uso dell’acqua in primis.

Quali ambiti interessa?

Primo fra tutti il settore del light commercial: edifici residenziali, hotel, ospedali, strutture pubbliche del terziario e industrie. Siano nuove costruzioni o esistenti e da riqualificare attraverso l’efficientamento energetico e la sostituzione del generatore di calore a combustione.

Le contingenti criticità connesse agli eventi geopolitici, che stanno portando all’aumento dei prezzi del gas naturale e dell'energia, sono una spinta ulteriore alla dismissione di caldaie a metano e/o gasolio a favore di opzioni rinnovabili per il riscaldamento e il raffrescamento.

Il ruolo chiave della pompa di calore ad alta temperatura

Innanzitutto, quando si definisce “ad alta temperatura”? La norma tecnica Uni En 14511-2:2018 considera i sistemi aria-acqua e acqua-acqua con una temperatura di mandata in uscita pari e/o superiore a 65 °C.
Per favorire la decarbonizzazione, la pompa di calore rappresenta un tassello strategico verso la neutralità climatica.

La pompa di calore climatizza gli ambienti in modo efficiente cedendo (in raffrescamento) o prelevando calore all’ambiente esterno per elevarlo alla temperatura richiesta e trasferirlo all’impianto di riscaldamento attraverso l’utilizzo di energia elettrica. Questa tecnologia è sostenibile perché la pompa di calore si integra a rete unificata, come l’eolica o a una sorgente naturale tipo acqua di falda o di cogenerazione, per utilizzare l'energia a zero emissioni di carbonio. Oppure può essere collegata a fonti rinnovabili in loco, come in presenza di un impianto fotovoltaico, o ad un mix di entrambe per l’approvvigionamento dell’energia elettrica.

La pompa di calore ad alta temperatura è utilizzabile sia per il riscaldamento e il raffrescamento sia per l’acqua calda sanitaria. È in grado di funzionare anche con una temperatura esterna di -20 °C, garantendo anche in questa condizione acqua calda a temperature elevate.
Inoltre, può essere installata in edifici esistenti con terminali tradizionali in quanto la temperatura di mandata più alta del dispositivo interno consente di integrare i radiatori già presenti nell’edificio.

Pompe di calore ad alta temperatura con refrigeranti naturali e Low GWP

La transizione energetica promuove l'adozione di gas refrigeranti a basso impatto ambientale che riducono il potenziale di riscaldamento globale. I nuovi gas sono sostenibili e unitamente allo sviluppo tecnologico, che porta al miglioramento delle proprietà termodinamiche, permettono di ampliare il campo di applicazione delle pompe di calore con potenzialità particolarmente interessanti per i settori terziario, industriale e dei data center, in una logica di smart city.

La normativa europea F-Gas prevede una graduale riduzione delle emissioni di CO² generate dai fluidi refrigeranti entro il 2030, indicando quali potranno essere utilizzati e quali gas fluorurati a effetto serra dovranno essere dismessi.

(Directive (EU) 2019/1937 and repealing Regulation (EU) No 517/2014)

Quali sono i Gas Refrigeranti Low GWP

Abbiamo un ruolo attivo verso la transizione energetica, per questo i condizionatori e le pompe di calore HiRef utilizzano già ora refrigeranti a basso impatto ambientale.

Le Idrofluoro-Olefine (HFO) sono i gas refrigeranti di IV generazione, studiati per rispettare le stringenti direttive del protocollo di Kyoto in materia di emissioni di gas ad effetto serra. Fra queste HiRef predilige:
- R-1234ze, un gas con un GWP molto basso di 7 e un ODP pari a 0. Nelle pompe di calore ad alta temperatura per usi commerciali e industriali, un compressore a vite che utilizza l’R-1234ze(E) vanta di un più ampio campo di lavoro; la temperatura di acqua prodotta con questo refrigerante può arrivare fino a 90°C.
- R-515B è l’alternativa in classe A1 di infiammabilità al R-1234ze(E). Il suo GWP è di 299.

Fra gli Idrofluorocarburi (HFC) utilizziamo:
- R-454B, che ha indice di Potenziale di riduzione dell’ozono (ODP) di 0 ed un basso valore GWP pari a 466. Questo è il 78% in meno rispetto al refrigerante R-410A, che sostituisce, con anche una migliore capacità di raffreddamento ed efficienza superiori.
- R-513A, una miscela di idrofluorocarburi e idroolefine (HFC + HFO). Il suo GWP è 573, che è circa il 56% in meno rispetto al valore GWP di R-134a, rendendolo un eccellente sostituto.

Fra i gas naturali utilizziamo la CO² e gli idrocarburi (HC) R-290, R-600a
- Il propano R-290 è un idrocarburo puro disponibile in natura, altamente infiammabile ed esplosivo per cui rientra nella categoria di sicurezza ASHRAE A3. Ha un bassissimo GWP, 3, e ODP pari a 0.
- Anche l’isobutano R-600a è ecologico con un GWP basso di 3, un ODP pari a 0 e classificato A3 per la sua infiammabilità. Vanta bassi consumi energetici e permette di raggiungere temperature di acqua prodotta fino a 90°C.

Verso le pompe di calore ad altissima temperatura HiRef

Nel 2023 la Ricerca e Sviluppo di HiRef ha sviluppato e testato una pompa di calore che produce acqua calda fino a 120°C utilizzando compressori a vite, fascio tubiero e refrigerante R-1233zd.

Abbiamo già in sviluppo per il 2025 la realizzazione di un prototipo in pompa di calore con refrigerante R-601a a Isopentano, un idrocarburo, che sarà in grado di produrre acqua calda fino a 160°C. Questi nuovi prodotti aprono possibilità applicative verso nuovi settori come cementificio, farmaceutico, cartario e lavorazione degli amidi, essiccatori, verniciature con vantaggi importanti nella gestione dei processi industriali oltre che del comfort degli ambienti.