E’ possibile ottenere il doppio salto di classe energetica di un edificio sostituendo solo l’impianto di riscaldamento con pompe di calore ad assorbimento a gas?
Indice della pagina:
- L'analisi effettuata
- Soluzioni impiantistiche proposte
- Dati di input comuni a tutte le simulazioni
- Simulazioni
- Risultati
- Conclusioni
Il miglioramento delle prestazioni energetiche degli edifici residenziali, come noto, passa anche attraverso l’adozione di tecnologie per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria caratterizzate da elevate prestazioni.
L’obiettivo del meccanismo di incentivazione del SuperBonus al 110% messo in campo dal Governo nello scorso anno è proprio quello di stimolare la riqualificazione energetica degli edifici residenziali, siano essi singoli edifici unifamiliari che interi condomini, per renderli meno energivori.
Per dare una concreta evidenza del miglioramento delle prestazioni e quindi di una sostanziale riduzione dei consumi di energia, il Superbonus indica quale requisito vincolante per l’accesso alle detrazioni, l’ottenimento del miglioramento di almeno 2 classi energetiche dell’edificio a seguito della realizzazione di uno tra i 3 interventi trainanti oggi previsti. Tra questi vi è la sostituzione dell’impianto di riscaldamento esistente con uno nuovo più efficiente, che utilizza pompe di calore a gas ad alta efficienza.
Ma è possibile ottenere un miglioramento di almeno 2 classi dell’edificio semplicemente sostituendo un generatore di calore esistente con pompe di calore a gas senza altri interventi (magari più invasivi, come il cappotto termico)?
La risposta non è facile e nemmeno scontata, ma certamente ci si può ragionare in modo concreto, perché l’efficienza delle pompe di calore ad assorbimento a gas è decisamente migliore di un qualsiasi altro sistema di riscaldamento a gas.
Uno studio svolto dall’Università delle Marche commissionato da Assotermica fornisce i risultati del miglioramento della classe energetica di diversi edifici nei quali è stato sostituito solo l’impianto termico esistente con Pompe di calore ad Assorbimento a gas.
Per avere una risposta quanto più oggettiva possibile a questa domanda, è stato realizzato uno studio da parte del Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze matematiche dell’Università Politecnica delle Marche, che riportiamo di seguito.
Lo studio, commissionato dall’Associazione Assotermica, ha preso in considerazione una serie di edifici di diversa cubatura, posizione geografica e classe energetica di partenza, per fotografare nelle diverse condizioni, il salto di classe ottenibile realizzando un intervento di sostituzione dell’impianto esistente con una o più pompe di calore ad assorbimento a gas GAHP prodotte da Robur.
Di seguito vengono esposti i dati di calcolo e i risultati ottenuti.
L’analisi effettuata
Con riferimento alle detrazioni fiscali previste all’art. 119 del DL 34/2020, nel presente studio si è effettuata un’analisi degli interventi di efficientamento energetico degli impianti, per verificare quali diano maggiori possibilità di accedere alle detrazioni stesse.
Tale analisi è stata fatta utilizzando un software conforme alle UNI/TS 11300.
Escludendo interventi sull’involucro edilizio, considerate alcune tipologie di edifici e loro caratteristiche principali, si è quindi determinato con ragionevole certezza se un intervento di riqualificazione impiantistica possa garantire il miglioramento di due classi di efficienza energetica, condizione richiesta al comma 3, art. 119 del predetto D.L.
Lo studio non prevede la riprogettazione dell’impianto, ma interventi quasi esclusivamente centrati sul sistema di generazione, salvo casi specifici, indicati nel testo (es. per sostituzione boiler elettrico con scaldacqua in pompa di calore).
Nello studio sono stai presi in considerazione un totale di 45 diversi edifici per tipologia edilizia (dalla villetta al condominio), per zona climatica (da Milano a Napoli) e classe energetica di partenza (dalla C alla G).
I parametri iniziali per ogni simulazione sono stati:
- tipologia di edificio;
- zona climatica;
- classe energetica di partenza;
- impianto termico di riferimento.
Per ogni caso è stato valutato l’effetto della sostituzione dell’impianto termico e il corrispondente salto di classe energetica.
- Sono individuati 3 tipologie di edifici:
- villetta singola;
- villetta a schiera;
- condominio da 30 appartamenti, valutato sia nella situazione di impianto autonomo per la fornitura di acqua calda sanitaria, sia centralizzato.
- Zona climatica:
- zona climatica C (Napoli);
- zona climatica D (Roma);
- zona climatica E (Milano).
- Classe energetica di partenza. Variando opportunamente la qualità dell’involucro sono state considerate le seguenti classi energetiche di partenza:
- classe energetica C;
- classe energetica D;
- classe energetica E;
- classe energetica F;
- classe energetica G.
Gli edifici sono simulati con prestazioni iniziali che si collocano all’incirca a metà della classe energetica di parenza. Per la classe G si è posto un indice EPgl,nren posto in prossimità del limite superiore della classe. - Impianto di riferimento. Gli impianti di riferimento sono così composti:
- Per gli edifici tipo 1, 2 (villetta singola, villetta a schiera):
- generatore di calore combinato (produzione istantanea ACS) alimentato a gas naturale, non condensante;
- terminali d’impianto: radiatori (alta temperatura 80°C/60°C);
- termostato on off.
- Per l’edificio tipo 3.a (condominio con ACS autonoma):
- generatore di calore alimentato a gas naturale, non condensante;
- produzione ACS per ogni singolo appartamento da boiler elettrico;
- terminali d’impianto: radiatori (alta temperatura 80°C/60°C);
- sonda climatica esterna e valvole termostatiche.
- Per l’edificio tipo 3.b (condominio con ACS centralizzata):
- generatore di calore combinato alimentato a gas naturale, non condensante;
- produzione ACS ad accumulo;
- terminali d’impianto: radiatori (alta temperatura 80°C/60°C);
- sonda climatica esterna e valvole termostatiche.
- Per gli edifici tipo 1, 2 (villetta singola, villetta a schiera):
L’analisi effettuata si basa sull’attuale metodologia di calcolo (UNI/TS 11300) che prevede un calcolo semi-stazionario che comporta una notevole approssimazione relativa al passo temporale scelto di un mese.
Tale approssimazione diventa rilevante nei casi di impianti che necessitano di valutazioni orarie come, per esempio, impianti con generazione di calore da parte di una pompa di calore elettrica accoppiata ad impianti fotovoltaici.
In questo caso sarebbe opportuno passare a calcoli dinamici con un passo temporale orario e non mensile, per ottenere risultati più aderenti alla realtà.
Soluzioni impiantistiche proposte
Di seguito si riportano i diagrammi di flusso delle simulazioni svolte in funzione della tipologia di edificio.
Ogni soluzione impiantistica proposta prevede la sostituzione del generatore di calore e del sistema di termoregolazione con pompe di calore ad assorbimento a gas GAHP ma non prevede in nessun caso la sostituzione dei sistemi di distribuzione ed emissione.
Nelle simulazioni, oltre alla principale sostituzione del generatore di calore, qualora questo intervento non permetta il salto di due classi energetiche, si provvede a considerare in aggiunta l’impianto fotovoltaico e/o solare termico e/o scaldacqua in pompa di calore.
Nelle simulazioni, si è previsto l’installazione delle sole pompe di calore ad assorbimento a gas, solo in caso del non miglioramento di due classi energetiche si è inserito un altro intervento, inerente il solare (termico e/o FV).
Si sottolinea che nelle simulazioni ex post effettuate sono state imposte le temperature di mandata all’impianto. Tali temperature, specificate di seguito per ogni tipologia di impianto, sono state assunte in un range tra 50 e 55 °C, perfettamente compatibili con le pompe di calore ad assorbimento a gas, erogabili anche in condizioni esterne particolarmente rigide.
Tale range di temperatura di mandata è compatibile con l’accoppiamento della sostituzione del generatore con l’eventuale modifica del sistema di distribuzione e del sistema di emissione e con l’intervento sull’involucro del fabbricato. La definizione di tali interventi non è stata oggetto di questo studio.
Si ricorda che modificare la temperatura di mandata del fluido termovettore impone al progettista di ricalcolare la rete di distribuzione, modificando nel caso le portate di circolazione, e verificare la necessità o meno di adeguamento del sistema di emissione.
L’utilizzo delle pompe di calore in luogo di una caldaia impone una verifica delle superficie di emissione del calore, in quanto la temperatura erogata è minore (circa 65°C per una pompa di calore ad assorbimento gas anziché 80°C). E’ opportuno ricordare che quasi sempre le superfici radianti negli edifici esistenti sono sempre sovradimensionate, anche in considerazione del fattore di ripresa previsto dalla UNI EN 12381, pertanto spesso non è necessario, se si utilizzano pompe di calore ad assorbimento a gas, intervenire sul sistema di emissione.
La sola sostituzione del generatore di calore accoppiata con la riduzione della temperatura di mandata comporta, infatti, in assenza di altri interventi, la riduzione delle rese dei radiatori. Il progettista dovrà quindi verificare l’idoneità del sistema di erogazione in relazione alle temperature operative dell’impianto. Ricordiamo che le pompe di calore ad assorbimento a gas erogano acqua calda fino a 65°C in ogni condizione di funzionamento.
Caso 1 – Villetta singola / Caso 2 – Villetta a schiera
Soluzione GAHP accoppiata a:
- produzione ACS ad accumulo;
- terminali d’impianto: radiatori (media temperatura 55°C/47°C);
- sonda climatica esterna e termostati modulanti.
Note:
- FV come da obblighi del d.lgs 28/11.
- ST a copertura del 50% del fabbisogno di ACS.
Caso 3.a – Condominio con servizio ACS autonoma / Caso 3.b – Condominio con servizio ACS centralizzata
Nel caso 3.a (condominio con ACS autonoma) si considera la produzione di ACS sia da boiler elettrico esistente sia da nuovo scaldacqua elettrico a pompa di calore per ogni singolo appartamento.
Nel caso 3.b (condominio con ACS centralizzata) si considera la produzione di ACS ad accumulo.
Soluzione con GAHP accoppiata a:
- terminali d’impianto: radiatori (media temperatura 55°C/47°C);
- sonda climatica esterna e termostati modulanti.
Note:
- FV come da obblighi del d.lgs 28/11.
- ST a copertura del 50% del fabbisogno di ACS.
Dati di input comuni a tutte le simulazioni
Fabbricati
Di seguito vengono descritte le caratteristiche dell’involucro opaco e trasparente delle 3 tipologie di edificio analizzate. Questi dati sono rimasti invariati nelle diverse simulazioni per ciascuna zona termica e per ciascun edificio.
- Villetta singola
Il presente edificio è costituito da una villetta unifamiliare.
La destinazione d'uso dell'edificio, in riferimento alle categorie del DPR 412/93 è E.1.1.
L'edificio è composto da un'unica unità immobiliare disposta su due livelli (il piano terreno, il primo piano e il sottotetto). I locali climatizzati sono disposti al piano terra e al primo piano. Anche l'intero vano scala è considerato riscaldato. È inoltre presente un locale non climatizzato adiacente ai locali climatizzati, cioè il sottotetto non abitabile al terzo livello del fabbricato.
Si riportano di seguito le piante e le sezioni dell’edificio.
Locali
Di seguito si elencano i locali costituenti l’edificio con i relativi parametri geometrici.
Vista 3D
La superficie utile calpestabile climatizzata totale dell'edificio è di 142.12 m2.
Il volume netto climatizzato totale è di 383.72 m3.
Zone
L’edificio è costituito da una unica zona termica riscaldata con tipologia di servizio riscaldamento e acqua calda sanitaria per tutti i locali.
Nell'edificio è presente una zona non climatizzata, sottotetto.
Si omettono, in questo documento, i dati dei componenti opachi e trasparenti dell’immobile. - Villetta a schiera
Il presente edificio è costituito da una villetta unifamiliare a schiera.
La destinazione d'uso dell'edificio, in riferimento alle categorie del DPR 412/93 è E.1.1.
L'edificio è composto da un'unica unità immobiliare disposta su due livelli (il piano terreno, il primo piano e il sottotetto). I locali climatizzati sono disposti al piano terra e al primo piano. Anche l'intero vano scala è considerato riscaldato. È inoltre presente un locale non climatizzato adiacente ai locali climatizzati, cioè il sottotetto non abitabile al terzo livello del fabbricato.
Si riportano di seguito le piante e le sezioni dell’edificio.
Locali
Di seguito si elencano i locali costituenti l’edificio con i relativi parametri geometrici.
Vista 3D
La superficie utile calpestabile climatizzata totale dell'edificio è di 121.07 m2.
Il volume netto climatizzato totale è di 326.89 m3.
Zone
L’edificio è costituito da una unica zona termica riscaldata con tipologia di servizio riscaldamento e acqua calda sanitaria per tutti i locali.
Nell'edificio è presente una zona non climatizzata, sottotetto.
Si omettono, in questo documento, i dati dei componenti opachi e trasparenti dell’immobile. - Condominio
Il presente edificio è costituito da un condominio di trenta appartamenti.
La destinazione d'uso dell'edificio, in riferimento alle categorie del DPR 412/93 è E.1.1.
L'edificio è composto da tre blocchi adiacenti da 10 unità immobiliari ciascuno, per un totale di trenta unità immobiliari disposte su cinque livelli. I locali climatizzati sono disposti al piano primo, secondo, terzo, quarto e quinto.
Sono inoltre presenti dei locali non climatizzati adiacenti ai locali climatizzati, cioè i garage al piano terreno del fabbricato e i tre vani scala serventi le unità immobiliari.
Si riportano di seguito la pianta tipo dell’edificio e il singolo appartamento.
Locali
Di seguito si elencano i locali costituenti l’edificio con i relativi parametri geometrici.
Vista 3D
La superficie utile calpestabile climatizzata totale dell'edificio è di 67.15 x 30= 2.014,50 m2.
Il volume netto climatizzato totale è di 5.439,15 m3.
Zone
L’edificio è costituito da trenta zone termiche riscaldate con tipologia di servizio riscaldamento e acqua calda sanitaria per tutti i locali.
Nell'edificio sono presenti quattro zone non climatizzate: i tre vani scala ed il piano terreno destinato a garage.
Si omettono, in questo documento, i dati dei componenti opachi e trasparenti dell’immobile.
Impianti
Servizi
Per tutti gli edifici si tengono in considerazione i seguenti servizi:
- Riscaldamento (H);
- Produzione di acqua calda sanitaria (W).
Ventilazione
Per gli edifici la portata minima di aria esterna e la portata media mensile di riferimento sono calcolate a partire dal volume netto climatizzato.
La portata minima di aria esterna è considerata pari a 0,5 [volumi/ora] mentre la portata media è considerata pari a 0,6 x la portata minima [volumi/ora].
Simulazioni
1. Coefficienti di conversione in energia primaria
Nel presente caso studio, per il calcolo delle prestazioni energetiche dell'edificio, si utilizzano i seguenti coefficienti di conversione in energia primaria dati dalla legislazione nazionale.
Tabella 1— Coefficienti di conversione in energia primaria
2. Tipologia di valutazione
Gli edifici sono esistenti. La tipologia di valutazione è l'A2, ovvero valutazione standard (asset rating).
3. Zone Climatiche
Gli edifici sono situati in tre località: Napoli (zona climatica C), Roma (zona climatica D), Milano (zona Climatica E).
4. Simulazioni ex ante
Fabbricati
I componenti opachi e trasparenti rimangono invariati tra le simulazioni ex ante ed ex post.
Impianti
Gli edifici sono dotati di impianto di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria, in maniera differente per ciascuna tipologia di edificio. Non è presente alcun impianto di raffrescamento o climatizzazione estiva e/o di ventilazione meccanica dell'aria. Il ricambio d'aria nei locali è garantito da aerazione naturale.
Di seguito sono descritte le specifiche di ciascun impianto.
Gli impianti di riferimento sono così composti:
- Per gli edifici tipo 1, 2, (villetta singola, villetta a schiera):
- generatore di calore combinato da 24 kW (funzionamento ACS istantaneo con priorità sul riscaldamento) alimentato a gas naturale, non condensante;
- terminali d’impianto: radiatori (alta temperatura 80°C/60°C);
- termostato on off.
- Per l’edificio tipo 3.a (condominio con ACS autonoma):
- generatore di calore alimentato a gas naturale, non condensante;
- produzione ACS per ogni singolo appartamento da boiler elettrico da 1,5 kW;
- terminali d’impianto: radiatori (alta temperatura 80°C/60°C);
- sonda climatica esterna e valvole termostatiche.
- Per l’edificio tipo 3.b (condominio con ACS centralizzata):
- generatore di calore combinato alimentato a gas naturale, non condensante;
- produzione ACS ad accumulo con serbatoio da 2500 l. Potenza richiesta per il servizio ACS pari a 65 kW;
- terminali d’impianto: radiatori (alta temperatura 80°C/60°C);
- sonda climatica esterna e valvole termostatiche.
Servizio di climatizzazione invernale
Sottosistema di Emissione
I rendimenti sono stati definiti dalla norma UNI/TS 11300-2:2019 - Prospetto 17, in funzione del carico termico medio annuo di ciascuna zona termica.
Sottosistema di Regolazione
I rendimenti sono stati definiti dalla norma UNI/TS 11300-2:2019 - Prospetto 20.
- Per gli edifici tipo 1, 2, (villetta singola, villetta a schiera):
- Per gli edifici tipo 3.a e 3.b (condominio con ACS autonoma e centralizzata):
Sottosistema di Distribuzione
I rendimenti sono stati definiti dalla norma UNI/TS 11300-2:2019 - Prospetti 21 - 23.
- Per gli edifici tipo 1, 2 (villetta singola, villetta a schiera):
- Per gli edifici tipo 3.a e 3.b (condominio con ACS autonoma e centralizzata):
Sottosistema di Generazione
Il dimensionamento del generatore è stato effettuato in funzione del carico termico di progetto in accordo alla norma UNI EN 12831-1:2018.
Vengono omessi, in questo documento, i carichi termici di progetto calcolati e le relative potenze del generatore installato.
Servizio di produzione di acqua calda sanitaria
Per il servizio di produzione di acqua calda sanitaria si consideri la destinazione d'uso residenziale.
Sottosistema di Erogazione
Non si considerano perdite di massa dovute ad erogazione. Il rendimento di erogazione è pari a 1.
Sottosistema di Distribuzione
I rendimenti sono stati definiti dalla norma UNI/TS 11300-2:2019 - Prospetto 34:
- Per gli edifici tipo 1, 2 (villetta singola, villetta a schiera):
le perdite della rete di distribuzione finale alle utenze si impostano in modo forfetario considerando che si è in presenza di sistemi installati dopo l'entrata in vigore della legge 373/76 con rete di distribuzione corrente totalmente in ambiente climatizzato. Si consideri un fattore di perdita pari a 0,08 (8%) e un fattore di recupero pari a 0,9 (90%). - Per gli edifici tipo 3.a e 3.b (condominio con ACS autonoma e centralizzata):
le perdite della rete di distribuzione finale alle utenze si impostano in modo forfetario considerando che si è in presenza di sistemi installati dopo l'entrata in vigore della legge 373/76 con rete di distribuzione corrente solo parzialmente in ambiente climatizzato. Si consideri un fattore di perdita pari a 0,08 (8%) e un fattore di recupero pari a 0,5 (50%).
4. Simulazioni ex post
Nelle simulazioni ex post vengono proposti degli interventi di efficientamento energetico degli impianti, nello specifico vengono suggerite delle soluzioni impiantistiche che prevedono la sostituzione del generatore di calore e del sistema di termoregolazione ma non prevede in nessun caso la sostituzione dei sistemi di distribuzione ed emissione. Inoltre, l’involucro opaco e trasparente per ciascuna zona termica e per ciascun edificio rimane invariato rispetto alla condizione ex ante.
Impianti
La soluzione impiantistica proposta con pompe di calore ad assorbimento GAHP e le relative caratteristiche dell’impianto sono i seguenti:
- Per gli edifici tipo 1, 2, 3.b (villetta singola, villetta a schiera, condominio con ACS centralizzata):
- produzione ACS ad accumulo (per edifici tipo 1, 2, da 200 l, per edifici tipo 3.b da 2500 l) con T=55°C;
- terminali d’impianto: radiatori (media temperatura 55°C/47°C);
- sonda climatica esterna e termostati modulanti.
- Per l’edificio tipo 3.a (condominio con ACS autonoma):
- produzione ACS da boiler elettrico esistente o nuovo scaldacqua a pompa di calore;
- terminali d’impianto: radiatori (media temperatura 55°C/47°C);
- sonda climatica esterna e valvole termostatiche.
Solare termico
Per i casi 3.a e 3.b è stata valutata anche l’installazione di un impianto solare termico a copertura del 50% del fabbisogno di ACS. In tal caso è stato previsto un serbatoio da 2500 l con volume di backup pari a 750 l.
Si omettono, in questo documento, le specifiche dell’impianto solare termico.
Fotovoltaico
Per i casi 3.a e 3.b è stata valutata anche l’installazione di un impianto fotovoltaico, come da obblighi del d.lgs 28/11. Pertanto, data una superficie in pianta dell’edificio a livello del terreno pari a 613,78 m2, si ottiene una potenza di picco di 13 kW.
Si omettono, in questo documento, le specifiche dell’impianto solare termico.
Risultati
Di seguito si riportano i risultati delle simulazioni in funzione della tipologia di edificio.
Nelle colonne viene indicata la proposta di generatore di calore installata, l’indice di prestazione energetica globale non rinnovabile [Epgl,nren] della simulazione ex post, l’eventuale delta [D Epgl,nren] rispetto al valore richiesto per garantire il doppio salto di classe e la classe energetica ex post (il colore verde/rosso indica il raggiungimento o meno del doppio salto di classe).
I risultati ottenuti dalle simulazioni dimostrano che nella maggior parte dei casi si raggiunge il doppio salto di classe anche solo sostituendo il generatore esistente con una o più pompe di calore ad assorbimento a gas, grazie alla loro efficienza media stagionale.
Pertanto, per ogni singola tipologia di edificio, per ogni singola zona climatica e per ciascuna proposta si procede nelle simulazioni, finché non siano soddisfatte entrambe le verifiche (doppio salto di classe energetica ed efficienza dell’impianto di climatizzazione invernale).
Villetta singola
Villetta a schiera
Condominio con servizio ACS autonoma
Condominio con servizio ACS centralizzata
Note alla tabella
Nel caso dell’edificio plurifamiliare con produzione di acs autonoma (boiler elettrico a resistenza) si evidenzia che il mantenimento di questa soluzione nella soluzione ex post deprime significativamente la prestazione energetica dell’edificio. Per ottenere il doppio salto di classe può essere necessario valutare sistemi di produzione dell’ACS (come ad esempio l’utilizzo di scaldacqua.
Conclusioni
Anche con la sola sostituzione del generatore termico, come visto nelle precedenti simulazioni, è possibile ottenere almeno un doppio salto di classe e quindi accedere ai benefici del Superbonus 110%. Sempre da quanto sopra, emerge anche che le condizioni di partenza dell’edificio, la sua collocazione geografica, i consumi energetici complessivi, incidono significativamente sul risultato finale (post-intervento). E ovviamente è determinante l’utilizzo di apparecchiature per la climatizzazione molto performanti durante tutta la stagione invernale.
Resta il fatto la sostituzione di un impianto esistente, con uno nuovo dotato di pompe di calore ad assorbimento a gas, avvantaggia il raggiungimento del doppio salto di classe, grazie alle caratteristiche specifiche di questa tecnologia, che possiamo riassumere in sintesi in:
- efficienza media stagionale elevata, in quanto poco influenzabile dalle condizioni climatiche esterne;
- temperatura di mandata dell’acqua fino a 65°C per il riscaldamento e 70°C per la produzione di ACS;
- utilizzo di un vettore energetico (il gas) che non necessita di utilizzo di impianti di produzione dell’energia elettrica (fotovoltaico) per il mantenimento dell’efficienza media stagionale del sistema di generazione.
Resta solo da ricordare che la verifica dell’ottenimento del doppio salto di classe, sempre opportuna prima di iniziare qualsiasi lavoro relativo al Superbonus, deve essere affidata ad un tecnico abilitato, che è l’unica figura preposta ed indicata per dare certezza e garanzie della bontà ed efficacia dell’intervento previsto.
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