pompe di calore industriali
la pompa di calore e il teleriscaldamento
Il ruolo dei sistemi di teleriscaldamento e teleraffrescamento per la fornitura di energia termica (caldo e freddo) nelle aree urbane diventerà sempre più importante nei prossimi decenni. Questo perché senza l’aiuto di questi impianti la decarbonizzazione del consumo energetico nelle zone ad alta densità edilizia sarà molto difficile e costoso.
Infatti, queste reti per il trasporto di energia termica permettono di bilanciare la domanda e l’offerta di questo utility in una determinata zona geografica, e così facendo, soddisfare una parte significativo della domanda per questo vettore energetico. Per esempio, le reti di teleriscaldamento e teleraffrescamento permettono di distribuire calore di scarto, proveniente da attività industriali o prodotto in cogenerazione, a chi ne ha bisogno nell’altre zone della città. Queste reti possono anche portare energia rinnovabile (solare termico, geotermico, biomassa ecc.) prodotta in grande quantità al di fuori dei centri abitati, ai clienti nelle zone urbane.
I sistemi di teleriscaldamento possono essere molto efficienti dal punto di vista economico e ambientale e permettono di ridurre in modo significativo le emissioni inquinanti.
Esistono molti modi in cui le pompe di calore possono essere integrate in sistemi di teleriscaldamento e teleraffrescamento e trasformarli in veri “smart energy systems” per l’energia termica. Di seguito sono riportati alcuni esempi di possibile configurazioni di tali sistemi.
pompa di calore come generatore di calore
Una pompa di calore permette di alimentare una rete di teleriscaldamento con calore di scarto che ha una temperatura al di sotto di quella richiesta dalla rete, come illustrato nella figura schematica a lato. Se tecnicamente possibile, conviene di immettere l’energia proveniente dalla pompa di calore nella linea di ritorno per ottimizzare le prestazioni della pompa di calore.
La pompa di calore può immettere energia termica proveniente da impianti industriali oppure da sistemi per la produzione di energia rinnovabile (solare termico, geotermia ecc.).
Questa soluzione può essere applicata indipendentemente dalla temperatura della rete, scegliendo il refrigerante adeguato.
Oggi, in Europa, ci sono due tendenze principali:
Dove possibile si cerca di ridurre la temperatura dalla rete, soprattutto per ridurre le perdite ma anche per facilitare l’uso di energia di scarto o energia rinnovabile.
Per dare un contributo alla decarbonizzazione del sistema energetico, le reti di teleriscaldamento devono aumentare la quota parte di energia rinnovabile o energia di scarto.
In Italia la maggior parte delle reti ha una temperatura di mandata sopra le 100 °C. Quella di ritorno è, di solito, intorno alle 70 °C. Esistono anche delle reti che funzionano con delle temperature più basse, per esempio circa 70 °C per la mandata e circa 50 °C per il ritorno.
servire utenze ad alte temperature
Abbassare la temperatura della rete, potrebbe creare problemi per quei clienti il cui sistema di distribuzione del calore interno non può essere adattato alle nuove condizioni. La pompa di calore della SPH Sustainable Process Heat GmbH, permette di servire clienti che necessitano delle temperature superiori a quelle disponibili in rete, come illustrato a sinistra. Queste utenze possono, per esempio, essere degli edifici storici i cui sistemi di riscaldamento richiedono delle temperature superiore a quelle delle rete, oppure delle attività industriali che hanno bisogno di vapore o acqua sopra le 100 °C (ospedali, lavanderie, ecc.).
una pompa di calore per aumentare la capacità della rete
Una pompa di calore inserita opportunamente può aumentare la capacità di trasporto della rete, abbassando la temperatura di ritorno. Un esempio è riportato qui a destra. Questa soluzione permette di sfruttare meglio la rete esistente e l’energia usata per il pompaggio. Non aggiunge altra energia al sistema salvo l’energia elettrica del compressore.
I vantaggi di questa soluzione sono principalmente economici.
una pompa di calore per incrementare la capacità di un stoccaggio termico
Reti di teleriscaldamento che distribuiscono calore prodotto in cogenerazione, includono spesso un stoccaggio per l’energia termica. Questi impianti servono per colmare la differenza nel tempo fra il massimo bisogno di energia termica e quello elettrico (peak-shifting). Quando le temperature sono alte (> 100 °C), i costi specifici per questi impianti possono essere elevati. Una pompa di calore può facilmente raddoppiare la capacità utile di un tale stoccaggio, come illustra l’immagine a sinistra.
e nel futuro...
La proposta del 14/07/2021 della Commissione Europea per la nuova direttiva sull’efficienza energetica (rif. COM(2021) 558 final), fissa come obbiettivo che dal 1º gennaio 2050 tutti i sistemi di teleriscaldamento nuovi e quelli esistenti che erogano più di 5 MW di energia totale, usino “esclusivamente energia rinnovabile e calore di scarto, con una quota di energia rinnovabile pari almeno al 60 %” (c.f. art 24).
È evidente che le pompe di calore elettriche possono dare un contributo molto importante per raggiungere questo ambizioso obbiettivo.
