Progettato dall’architetto Renzo Piano, il Vulcano Buono si è ispirato al Vesuvio e contiene 250 pompe di calore per il riscaldamento, il raffrescamento e la fornitura di acqua calda. Fonte: Clivet

Pompadi Calore

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Pompa di Calore PROPOSTA

Le pompe di calore forniscono riscaldamento, raffrescamen-to e acqua calda sanitaria in campo residenziale, commerciale ed industriale; convertono l’energia dell’ambiente proveniente dall’aria (aerotermica), dal terreno (geotermica) e dall’acqua (idrotermica), oltre a rimuovere dagli edifici il calore in ecces-so per riutilizzarlo. Questa conversione è fatta tramite un ciclo refrigerante, usato anche nei frigoriferi e nei condizionatori

dell’aria. La tecnologia delle pompe di calore è efficiente e ma-tura; le capacità tipiche vanno da 2 a 20 kW per gli edifici mono-familiari, fino a 100 kW per le applicazioni condominiali e perfi-no di più per applicazioni commerciali. Le pompe di calore per il riscaldamento industriale e il teleriscaldamento raggiungono capacità di parecchi MW. Far funzionare l’unità quando c’è un surplus di elettricità ed immagazzinare quel surplus di energia sotto forma di calore dà una significativa capacità di risposta alla domanda del sistema elettrico e rende possibile l’integra-zione di una quota maggiore di elettricità rinnovabile.

Tecnologia a basso carbonio

Un sistema a pompa di calore consiste in una sorgente di ca-lore, nella pompa di calore stessa e in un sistema per distri-buire il riscaldamento ed il raffrescamento. Tra le varie pos-sibilità, il ciclo di compressione elettrica è il più comune. La

pompa di calore funziona come segue: (1) un liquido di tra-sporto (refrigerante) viene esposto alla sorgente di energia, dove evapora (raffreddando così la sorgente stessa). Usando un compressore (2), il vapore refrigerante viene compresso, facendo aumentare la sua temperatura. Nel passo successivo (3), il vapore ad alta temperatura e pressione viene condotto in uno scambiatore di calore, in cui l’energia viene trasferita ad un sistema di distribuzione: il vapore così si raffredda e condensa. Infine, la pressione viene abbassata in una valvola di espansione (4) e il liquido viene nuovamente esposto alla sorgente di calore ed il ciclo riprende.

La pompa di calore fornisce sempre riscaldamento e raf-frescamento allo stesso tempo. Nella modalità di riscalda-mento, l’energia dell’ambiente esterno è la fonte di calore, mentre l’edificio o il processo funge da pozzo caldo (cioè dove viene portato il calore). Nella modalità di raffresca-mento, l’edificio o il processo vengono raffreddati, usando l’esterno come pozzo caldo. L’efficienza più alta si tocca quando si ha bisogno contemporaneamente di riscalda-mento e raffrescamento.

L’efficienza più alta viene raggiunta quando è necessario allo stesso tempo il riscaldamento ed il raffrescamento.

LO SAPEVI?

Le pompe di calore riducono l’inquinamento dell’a-ria; in Cina, l’amministrazione di Pechino ha avvia-to un programma per sostituire i boiler alimentati a petrolio e a carbone, allo scopo contrastare l’in-quinamento dell’aria. Nel 2016 sono state sostituite 160.000 unità ed il programma continuerà nel 2017, con piani di espansione verso le provincie confinanti.

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TECNOLOGIA DELLA POMPA DI CALORE

Distribuzione del Calore e Sistema

di Accumulo

Sorgente di Energia Rinnovabile

Valvola di Espansione

Compressore

Evaporatore Condensatore

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Pompa di Calore 10 FATTI

1. Nel 2016, ogni giorno, sono state installate circa 2.700 pompe di calore in Europa (vendita annuale vicina a 1.000.000 unità)

2. Il 18,6% del riscaldamento e raffrescamento di tutta l’Europa arriva da energia rinnovabile, il 10% del quale proviene dalle pompe di calore.

3. Nel 2017, lo stock totale delle pompe di calore installate supererà i 10 milioni di unità (paragonate a circa 119 mi-lioni di edifici).

4. Le pompe di calore forniscono flessibilità dal lato della domanda: tutte le pompe in funzione alla fine del 2015 potrebbero fornire una capacità di immagazzinamento di 298 GWh.

5. Un sistema domestico con pompa di calore + fotovoltaico + batteria di accumulo può fornire riscaldamento, raf-freddamento ed acqua calda, giorno e notte.

6. La crescita di efficienza nell’elettrificazione del riscalda-mento e raffrescamento - indotta dalle pompe di calore - non porterà ad un aumento significativo della domanda totale di elettricità.

7. Italia, Francia e Svezia sono i 3 mercati principali per le pompe di calore in Europa; c’è un grande potenziale di crescita in mercati importanti come Spagna, Germania e Polonia.

8. Si prevede che lo stock di pompe di calore raddoppi entro il 2030, rendendo il calore dell’ambiente l’energia rinno-vabile più importante dopo le biomasse.

9. Le pompe di calore possono essere impiegate nell’indu-stria. Il potenziale tecnico in applicazioni come la produ-zione alimentare, l’essicamento, la chimica e il tessile è stimato in 174 TWh.

10. Sono complessivamente necessarie 61 milioni di pompe di calore per sostituire l’energia che proviene dal gas russo.

Fonti: EHPA, Eurostat Shares, Fraunhofer Institute, IRENA, Viessmann

Ogni anno, le pompe di calore installate in Europa evitano circa il doppio della CO2 emessa dalla Statoil.

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5 SOLUZIONI POLITICHE

1. Spostare i sussidi dai combustibili fossili alle tecnologie a basse/zero emissioni. In Europa, i sussidi ai combustibili fossili tengono i costi operativi artificialmente bassi. Le soluzioni “green”, avendo tuttora costi di investimento più alti, presentano costi addizionali che raramente vengono recuperati nel corso della vita utile dell’impianto.

2. Includere il riscaldamento basato sull’energia fossile (così come i trasporti) sotto l’ETS, per stabilire un prezzo per il negativo impatto ambientale dovuto al suo uso. Non c’è un segnale di prezzo che influenzi l’impatto ambientale negativo che deriva dal bruciare energia fossile nel settore del riscaldamento. L’elettricità è coperta dall’European Trading Scheme (ETS), ma il riscaldamento basato sulla combustione non lo è. Bisogna correggere un divario nella tassazione tra elettricità ed energia fossile.

3. Fornire dei pacchetti di investimento standard per le compagnie, città e cittadini per ottenere benefici. Mentre voi potete trovare delle soluzioni di finanziamento per comprare un’auto nuova, il settore bancario non facilita gli inve-stimenti in nuove soluzioni di riscaldamento, infrastrutture di distribuzione e sistemi di costruzione, che abbassereb-bero il consumo di energia.

4. Facilitare e semplificare la sostituzione dei boiler esistenti con soluzioni senza emissioni. Le soluzioni odierne del riscaldamento hanno alle spalle decenni di ottimizzazioni e di procedure standard. Per l’installatore, si tratta della solita attività: sostituire un prodotto con uno analogo, facile da sistemare e conosciuto dal cliente. Questa facilità di installazione deve essere ancora raggiunta dai prodotti “pronti per il 2050”.

5. Standardizzare i pacchetti di ristrutturazioni ecologiche per gli edifici in Europa. Se il sistema di riscaldamento si guasta, è necessaria una sostituzione rapida; ma in una situazione di “acquisto sotto pressione”, raramente la sostituzione suggerita è la migliore a lungo termine. Pacchetti standardizzati di ristrutturazione ecologica, incluso il finanziamento e (se necessario) un miglioramento del rivestimento dell’edificio, devono diventare il modus operandi del settore della ristrutturazione.

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Pompa di Calore LEADER DELL’INDUSTRIAHeat Pumps

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Is Europe going fast enough in moving towards a more decarbonised society?

Clearly not! We are only starting to scratch the surface. We need to go much faster in making heating and cool-ing in Europe more sustainable. The electricity sector has made some progress and the need to electrify the energy sector is slowly but steadily gaining ground. We need brave decisions to favor cleaner “2050-ready” tech-nologies for their deployment in the market.

What steps are needed to create the political framework and support scheme?

I believe in strict eco-design requirements in combination with measures that make polluting technologies econom-ically less attractive. One solution is the introduction of a price signal for the use of carbon, such as a cap-and-trade system, or more likely now as a carbon base price. We need a paradigm shift in the transport and heating sector. The lighting sector is a leading example on how a change of paradigm enforced by legislation may lead to tremendous energy savings. The road transport and heating sector need a similar shift. The small incre-mental improvements that are still seen in these sec-tors are not enough.

Technologies that contribute to making the necessary transition are proven and available. Policy-makers need to move away from traditional technologies by implementing stronger regulations. Support schemes may speed up the process in individual markets for making new technolo-gies economically interesting, but it will be even more im-portant to stop fossil fuel subsidies. Where do we stand today in decarbonising heating and cooling in Europe?

The carbon footprint of the heating sector in most of Europe is immense and the transformation of the heating sector in Europe remains very slow. In the UK, there are around 1.6 million gas boilers installed annually and only a minor frac-tion of the boiler market consists of heat pumps and oth-

Martin ForsénPresident of the European Heat Pump Association

INDUSTRY LEADER

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L’Europa sta procedendo sufficientemente veloce verso una società più decarbonizzata?

Chiaro che no! Noi stiamo solo iniziando a grattare la su-perficie. Dobbiamo muoverci molto più in fretta per rendere il riscaldamento ed il raffrescamento più sostenibile. Il set-tore dell’elettricità ha fatto qualche progresso e la necessi-tà di elettrificare il settore dell’energia sta lentamente, ma continuamente, guadagnando terreno. Abbiamo bisogno di decisioni coraggiose per favorire tecnologie più pulite “pronte per il 2050”, per il loro impiego nel mercato.

Quali sono i passi necessari per creare il quadro politico e gli schemi di sostegno?

Io credo nei requisiti rigorosi dell’eco-design, in combina-zione con misure che rendano le tecnologie inquinanti eco-nomicamente meno attraenti. Una soluzione è l’introduzio-ne di un segnale di prezzo per l’uso del carbonio, come per esempio un sistema di cap-and-trade, o più verosimilmente ora come un prezzo di base per il carbonio.

Abbiamo bisogno di un cambiamento di paradigma nel settore dei trasporti e del riscaldamento: il settore dell’il-luminazione è un esempio guida di come un cambiamen-to di paradigma imposto dalla legislazione può condurre a eccezionali risparmi di energia. Il trasporto su strada ed il settore del riscaldamento necessitano di un cambiamento similare. I piccoli miglioramenti incrementali che si vedono in questi settori non sono sufficienti.

Le tecnologie che permettono di fare la necessaria tran-sizione sono provate e disponibili. I policy maker debbono allontanarsi dalle tecnologie tradizionali realizzando rego-lamentazioni più forti. Gli schemi di supporto possono acce-lerare il processo nei singoli mercati per rendere le nuove tecnologie economicamente interessanti, ma sarà persino più importante fermare i sussidi ai combustibili fossili.

Oggi, a che punto siamo con la decarbonizzazione del ri-scaldamento e del raffrescamento in Europa?

In gran parte d’Europa il settore del riscaldamento ha una immensa impronta di carbonio e la sua trasformazione ri-mane molto lenta. Ogni anno nel Regno Unito vengono in-

Martin ForsénPresidente della European Heat Pump Association

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er carbon-lean systems. It is time to reassess the heating sector and introduce regulation to report the sector’s car-bon footprint. If it does not decline fast enough, additional and stricter measures are needed to improve the situation. National targets should also be fixed to comply with the Paris CoP21 agreement. This is not difficult, nor controversial.

We know what needs to be done to fulfill what we have al-ready agreed upon, but this will mean inevitably that we need to abandon traditional technologies. Sweden is a good ex-ample of how this can be done. Since 1990, greenhouse gas emissions related to heating in buildings have been reduced by 90% by an almost complete phase out of fossil fuels. The transformation of the heating sector has been realised by the broad introduction of heat pumps and fuel shift in the dis-trict heating sector. Today, more than 50% of all single family houses are equipped with a heat pump and the market share for heat pumps in new construction exceeds 80%.

Heat pumps are central to the decarbonisation of the heating and cooling sector.

What role do you see for heat pump technologies in this context?

Heat pumps are central to the decarbonisation of the heating sector. Heat pumps are unique in the sense that

they reduce greenhouse gas emissions, improve ener-gy efficiency and increase the integration and use of re-newable energy. And they can provide both heating and cooling at the same time, which makes the technology particularly interesting for commercial and industrial applications. Heat pumps can therefore play an import-ant balancing role in electricity grids with ever increas-ing share of intermittent renewable electricity.

What is the biggest obstacle limiting the deployment of heat pumps?

We need to continue disseminating information and train-ing installers. As sales continue to pick up, economies of scale will contribute to more competition and cost reduc-tions. The biggest obstacle right now is the low prices of fossil fuels, the high price of electricity and the significant price difference between heat pumps and gas boilers for retrofitting applications. As long as gas is not greening at significantly higher speeds, every new gas boiler means a lost opportunity for substantial greenhouse gas reduc-tions. We need to find more efficient ways to address the end consumers that are in need of replacements and we need the policy-makers to recognise fully what needs to be done. I am confident that heat pumps will be a key in-tegrator technology for the energy transformation of the heating sector. The only question is how long until the ma-jor markets in Europe really take off.

Martin Forsén, President, EHPA

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stallati circa 1,6 milioni di boiler a gas e solo una frazione minore del mercato consiste in pompe di calore ed altri si-stemi carbon-clean. È giunto il momento di riesaminare il settore del riscaldamento e di introdurvi un regolamento per riportare l’impronta del carbonio. Se non declina abbastanza rapidamente, sono necessarie misure addizionali e più seve-re per migliorare la situazione. I target nazionali dovrebbero anche essere fissati in modo da rispettare gli Accordi di Pa-rigi CoP21; questo non è difficile né controverso. Sappiamo ciò di cui c’è bisogno per eseguire quello su cui ci siamo già accordati, ma tutto questo significherà inevitabilmente che dovremo abbandonare le tecnologie tradizionali. La Svezia è un buon esempio di come si possa fare. Dal 1990, le emissioni di gas serra relative al riscaldamento negli edifici sono state ridotte del 90% grazie ad una quasi completa eliminazione dei combustibili fossili. La trasformazione del settore del riscalda-mento è stata realizzata attraverso una vasta introduzione di pompe di calore e dalla sostituzione del combustibile nel te-leriscaldamento. Oggi, più del 50% delle case monofamiliari sono dotate di una pompa di calore e la quota di mercato per le pompe di calore nelle nuove costruzioni supera l’80%.

In questo contesto, quale ruolo vedete per le tecnologie delle pompe di calore?

Le pompe di calore sono il punto centrale per la decarbo-nizzazione del settore del riscaldamento. Le pompe di calore sono uniche, nel senso che esse riducono le emissioni dei gas serra, migliorano l’efficienza energetica ed aumentano l’integrazione e l’uso delle energie rinnovabili. Ed esse posso-no fornire sia il riscaldamento che il raffrescamento nel me-desimo tempo, il che rende tale tecnologia particolarmente interessante per le applicazioni commerciali ed industriali.

Le pompe di calore giocano perciò un ruolo importante di bi-lanciamento nelle reti elettriche, con una quota sempre cre-scente di elettricità rinnovabile non programmabile.

Qual è l’ostacolo maggiore che limita l’installazione delle pompe di calore?

Noi abbiamo bisogno di disseminare continuamente infor-mazioni e di istruire gli installatori. Siccome le vendite conti-nuano ad accelerare, le economie di scala contribuiranno ad una maggiore competizione e a ridurre i costi. Al momento, il maggiore ostacolo è il prezzo basso dei combustibili fossili, quello alto dell’elettricità e la significativa differenza di prezzo tra le pompe di calore e gli scaldabagni a gas negli ammoder-namenti. Fintanto che il gas non diventa significativamente e velocemente “bio”, ogni nuovo scaldabagno a gas significa un’opportunità persa per una riduzione sostanziale dei gas serra. Noi abbiamo bisogno di trovare modi più efficienti per indirizzare i consumatori finali che devono fare sostituzioni, e abbiamo anche bisogno che i policy maker riconoscano completamente che cosa si deve fare. Io sono fiducioso che le pompe di calore saranno una tecnologia chiave per la trasfor-mazione energetica del settore del riscaldamento. La sola do-manda è quanto tempo ci vorrà prima che i maggiori mercati europei prenderanno realmente il volo.

Martin Forsén, Presidente, EHPA

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Pompa di Calore STORIE DI SUCCESSOHeat Pumps

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SUCCESS STORIES

INDUSTRIAL RESIDENTIALNorway SwedenIn 2009, the growing population of Drammen led to a reconstruction of the heating system in order to meet the growing heat demand. Realizing that the 8˚C aver-aging fjord temperature throughout the year is an ideal heat source for water source heat pumps, the heating company of Drammen switched from fossil fuels to re-newable heat generation. With an installed capacity of 13.2 MW from heat pump and 30 MW from fossil fuel, the system meets the heat demand of a community of 63,000 people and its businesses. Operating for nearly 4 years, the heat pump has reached the mark of 200 GWh of successful heat generation.

Sickla Strand is located in Nacka, a community south of Stockholm. In a renovation project, 330 apartments were connected to a new 900 kW ground coupled heat pump (600kW of capacity is provided by geothermal wells, 300kW from electricity). Using a mono energet-ic system design, most of the energy demand is cov-ered by the large heat pump, with peak demand be-ing covered by electric resistant heaters. The use of ventilation systems has greatly reduced energy losses. An investment of 25 million SEK leads to savings of 2.5 million SEK/year and a payback time of 10 years.

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SETTORE INDUSTRIALE Norvegia

SETTORE RESIDENZIALESvezia

Nel 2009, l’aumento di popolazione di Drammen ha portato ad una ricostruzione del sistema di riscaldamento, allo scopo di rispondere alla crescente richiesta di calore. Constatando che la temperatura media del fiordo durante l’anno, cioè 8°C, è una fonte di calore ideale per le pompe di calore alimenta-te ad acqua, la compagnia di riscaldamento di Drammen è passata dai combustibili fossili alla generazione di calore rin-novabile. Con una capacità installata di 13,2 MW da pompa di calore e di 30 MW da combustibile fossile, il sistema risponde ad al fabbisogno dei suoi 63.000 abitanti e delle loro attività. Funzionando già da quattro anni, la pompa di calore ha rag-giunto un valore di 200 GWh di calore prodotto.

Sickla Strand é situata a Nacka, una comunità a sud di Stoc-colma. In un progetto di rinnovamento urbano, 330 appar-tamenti sono stati connessi a una nuova pompa di calore geotermica da 900 kW (600 kW di capacità sono forniti da pozzi geotermici, 300 kW dall’elettricità). Usando un proget-to di sistema mono-energetico, la maggior parte del fabbi-sogno energetico è coperto dalla grande pompa di calore, con i picchi di richiesta coperti da riscaldatori a resistenza elettrica. L’uso di sistemi di ventilazione ha notevolmente ridotto le perdite di energia. Un investimento di 25 milioni di SEK (corone svedesi) porta ad un risparmio annuale di 2,5 milioni di SEK, con un payback di 10 anni

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COMMERCIALItalyDeveloped in 2009, the “Volcano Buono”mall in Naples consists of a central food court,shops, restaurants, ho-tels, residential spaces, a collegeand a cultural center with a total useful area of 16,000 m2. All thermal ener-gy supplied to the Vulcano is 100% renewable, and for the most part produced locally. A central heating and cooling plant with three heat pumps and 64 borehole heat exchangers (each 300 meters deep) provides sus-tainable heating and cooling, and allows wasteheat to be recovered locally. The heat pump solution substan-tially reduces the need for installed cooling capaci-ty, and eliminates the need for dry air liquid coolers. This creates more attractive surroundings, and allows more efficient use of buildings.

This multipurpose complex is sourced by renewable energy from water and the air (WLHP System) and in-cludes over 250 heat pumps: 9 rooftop air-to-air heat pumps + 54 rooftop water-to-air heat pumps + over 240 ventilation and air handling units + 4 water-to-water heat pumps + 2 super silent chillers + over 150 water-to-air heat pumps.

(Left) District heating heat pumps. Source: Star Refrigeration(Middle) Residential buildings in Sickla Strand. Source: Arild Vågen (Right) The Good Volcano shopping mall. Source: Clivet

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SETTORE COMMERCIALEItalia

Sviluppato nel 2009, il centro commerciale “Vulcano Buo-no” a Napoli consiste in una corte centrale, negozi, ri-storanti, alberghi, spazi residenziali, in un college ed un centro culturale con un’area totale utile di 16.000 m2. Tutta l’energia termica fornita al Vulcano è rinnovabile al 100%, e per la maggior parte è prodotta localmente. Un impian-to di riscaldamento e raffrescamento centralizzato con tre pompe di calore e 64 sonde di scambio termico (ognuna profonda 300 metri) fornisce riscaldamento e raffresca-mento sostenibili, e permette di recuperare localmente le dispersioni di calore. La soluzione con le pompe di calore riduce sostanzialmente il bisogno di capacità installata di raffrescamento ed elimina la necessità di refrigeratori di liquido ad aria secca. Questo crea un intorno più attraente e un uso più efficiente degli edifici. Il complesso multifun-zionale è alimentato con energia rinnovabile dall’acqua e dall’aria (sistema WLHP) e comprende più di 250 pompe di calore: 9 pompe di calore aria-aria sul tetto + 54 pompe di calore acqua-aria sul tetto + oltre 240 unità di ventilazione e trattamento dell’aria + 4 pompe di calore acqua-acqua + 2 refrigeratori super silenziosi + oltre 150 pompe di calore acqua-aria.

(A sinistra) Pompe di calore per teleriscaldamento. Fonte: Star Refrigeration

(Al centro) Edifici residenziali a Sickla Strand. Fonte: Arild Vågen

(A destra) Il centro commerciale Il Vulcano Buono. Fonte: Clivet