Teleriscaldamenti freddi e tiepidi: la geotermia e il calore della Terra

Teleriscaldamenti freddi e tiepidi: la geotermia per non sprecare il calore della Terra. Un contributo di Luca De Marco, Ingegnere Ufficio Tecnico e R&D presso TEON.

Teleriscaldamento caldo

Un sistema di teleriscaldamento tradizionale è una soluzione impiantistica che si basa sulla distribuzione del calore agli edifici tramite una rete di tubazioni preisolate in cui fluisce acqua calda o vapore. L’acqua viene inviata nella rete di tele-distribuzione ad una temperatura compresa tra i 90°C e i 120°C e ritorna in centrale ad una temperatura di circa 60°C. Per sfruttare pienamente i vantaggi energetici e ambientali del teleriscaldamento è necessario che per la generazione del calore si utilizzi un sistema combinato, che produca contemporaneamente elettricità e calore, ossia recuperando il calore che in una normale centrale termoelettrica dovrebbe essere dissipato. Tale produzione combinata di elettricità e calore viene chiamata cogenerazione e si dice sistema cogenerativo un impianto che sfrutti tale criterio.

Teleriscaldamento freddo

Con il termine teleriscaldamento freddo si indica una nuova soluzione impiantistica che fonda la sua applicazione sull’utilizzo di pompe di calore acqua–acqua ad alta temperatura. Ossia con una temperatura di mandata dell’acqua maggiore di 80°C. Questa soluzione prevede che le pompe di calore utilizzino come sorgente termica a bassa temperatura un pozzo centralizzato in grado di emungere acqua di prima falda. L’acqua prelevata viene distribuita a servizio delle pompe di calore presenti negli edifici con reti di teledistribuzione del tutto simili a quelle del teleriscaldamento classico. In questo caso le reti di acqua fredda così realizzate alimentano le pompe di calore ad alta temperatura da installare nei vari edifici in sostituzione delle caldaie centralizzate esistenti. Pertanto, l’innovativo impianto di teleriscaldamento freddo è costituito principalmente da tre parti:

1. Sorgente termica a bassa temperatura. Si prevede la realizzazione di un campo pozzi centralizzato in prima falda nel quale vengono installate pompe sommerse in grado di alimentare il primario di un campo di una stazione di scambio termico costituita da un parallelo di scambiatori a piastre ispezionabili. Il campo pozzi dovrà avere portata sufficiente a soddisfare i fabbisogni di tutte le pompe di calore che verranno tele-servite.
2. Rete di tele-distribuzione e sottocentrali negli edifici. Si tratta di una rete geometricamente del tutto simile a quelle di teleriscaldamento classiche. Con la differenza che, anziché tubazioni preisolate, si poserebbero tubazioni in PEAD non coibentate. L’acqua proveniente dalla sorgente idrotermica viene veicolata verso l’edificio mediante queste tubazioni fino a raggiungere le sottocentrali.
3. Pompe di calore ad alta temperatura. Un impianto di teleriscaldamento freddo prevede l’utilizzo di pompe di calore acqua – acqua, che siano in grado di produrre acqua ad una temperatura pari o superiore ad 80°C e di sostituire le caldaie tradizionali senza necessità di alcun tipo di backup. A differenza delle caldaie, però, le pompe di calore oltre ad essere funzionanti in regime di climatizzazione invernale e/o produrre acqua calda sanitaria, sono in grado di funzionare in regime di climatizzazione estiva.

Differenze fra le due tipologie di teleriscaldamento

Confrontando, quindi, il teleriscaldamento freddo con quello tradizionale si rilevano dei vantaggi ambientali, energetici, economici e gestionali.

Dal punto di vista ambientale si intravvedono solo vantaggi nell’utilizzo del teleriscaldamento freddo. Infatti localmente si eliminano completamente le emissioni inquinanti in atmosfera dovute alle combustioni nelle caldaie. Le emissioni inerenti alle pompe di calore sono quelle prodotte nei luoghi in cui viene generata l’energia elettrica mediante l’utilizzo di combustibile fossile. Localmente le emissioni invece si annullano completamente. È importante sottolineare ciò in quanto l’effetto delle emissioni sul microclima cittadino è molto più nocivo di quello prodotto nei luoghi di produzione dell’energia elettrica che sono stati scelti proprio perché hanno caratteristiche ambientali che li rendono idonei.

Nei due grafici, riportati in figura 1 e 2, si è analizzato la riduzione delle emissioni globali di CO₂ e di NO_x a seguito della sostituzione delle caldaie con pompe di calore. Si osserva che in media si ha un risparmio del circa 40% di emissioni globali in atmosfera. L’analisi è stata limitata al caso di pompe di calore da 100kW_t cadauna tutte uguali e caldaie tutte uguali alimentate a metano. Infine, almeno il 70% dell’energia è rinnovabile e dunque, attinta gratuitamente dalla natura. Se l’energia elettrica viene acquistata in parte o integralmente da fonti rinnovabili, tale percentualmente aumenta conseguentemente.

Considerando, invece, i vantaggi dal punto di vista energetico, si è analizzato un confronto tra caldaie che presentano in media un rendimento pari a 0,9 e delle pompe di calore che ad elevate temperature, maggiori di 80°C in mandata, sono caratterizzate da un COP, acronimo di Coefficient of Performance, almeno pari a 3,5. Si ricava, come mostrato nel grafico sottostante riportato in figura 3, un risparmio energetico pari a circa il 25%. Tale numero può solo che aumentare se le pompe di calore vengono utilizzate non solo per la sostituzione delle caldaie ma anche per la sostituzione dei chiller per la climatizzazione estiva.

Dal punto di vista economico si consideri che il costo del teleriscaldamento freddo può essere suddiviso in 3 voci:

• Il costo della rete di distribuzione dell’acqua fredda risulta costante e indipendente dal numero di pompe di calore da installare. Ed ha un peso sempre più marginale al crescere di generatori installati. Già a partire da 20 macchine installate diventa del tutto trascurabile;
• Il costo degli allacciamenti, pur essendo variabile, risulta anch’esso trascurabile;
• Il costo delle centrali termiche costituisce la voce più cospicua. Quindi l’investimento per la più parte va a finanziare la fornitura e la posa delle pompe di calore.

Considerando la suddivisione di costo per realizzare un impianto di teleriscaldamento tradizionale, fatto 100 l’investimento per realizzarlo, solo il 30% dell’investimento è dedicato agli allacciamenti e alla centrali negli edifici. Mentre il 70% è dedicato alla realizzazione della rete di tele-distribuzione. Per quanto riguarda il costo dell’investimento del teleriscaldamento freddo, le percentuali si invertono. Ossia la parte più cospicua dell’investimento deve essere dedicata agli allacciamenti e alla relazione delle centrali in ciascun edificio. Questo permette alle società che investono nel teleriscaldamento freddo di anticipare solamente il 30% dell’investimento per la realizzazione della rete di tele-distribuzione. Affrontando così la parte più onerosa solamente dopo aver acquisito clienti.

E’ importante sottolineare che il costo totale dell’investimento di un impianto di teleriscaldamento freddo è la metà del costo d’investimento di un impianto di teleriscaldamento tradizionale.

• Invece di utilizzare tubazioni preisolate, si utilizzano tubazioni in PEAD non coibentate, decisamente più economiche e meno invasive;
• i costi di manutenzione sono decisamente più bassi:
• la manutenzione straordinaria prevista è minima;
• la manutenzione ordinaria è di tipo preventivo. E si presenta simile a quella operata sulle centrali frigorifere classiche, i cui costi sono decisamente inferiori rispetto a quelli relativi alle centrali termiche;
• non sono richieste pratiche VVF, ISPESL ecc

Infine, la realizzazione di un impianto di teleriscaldamento freddo permette anche vantaggi di tipo gestionale che possono essere divisi in:

• Aspetti burocratici. Vengono meno una serie di pratiche obbligatorie per le centrali termiche, come richiesta degli allacci del gas metano, pratiche ISPESL, pratiche VVF, terzo responsabile;
• Aspetti logistici. Le reti di teleriscaldamento rinnovabili richiedono una limitatissima manutenzione e non sono praticamente mai soggette a guasti;
• In caso di guasto delle pompe di calore ne risente il singolo condominio e non l’intera rete di teleriscaldamento come nel caso di un guasto della centrale termica nel teleriscaldamento tradizionale;
• Aspetti gestionali e funzionali. Il teleriscaldamento freddo è meno invasivo poiché come detto invece di utilizzare tubazioni preisolate, in cui si ha acqua a 120°C, si utilizzano tubazioni PEAD non coibentate poste ad una distanza dalla superficie minore;
• Aspetti promozionali. L’impianto di teleriscaldamento freddo ha una serie di caratteristiche, come sicurezza, utilizzo di energia rinnovabile e non fossile, innovazione, che possono essere utilizzate sia dalle aziende sia dai cittadini come leve promozionali.

In conclusione, il sistema di teleriscaldamento tradizionale e l’innovativo approccio del teleriscaldamento freddo rappresentano due soluzioni impiantistiche significativamente differenti, ciascuna con i propri vantaggi distinti. Il teleriscaldamento tradizionale si basa sulla distribuzione di calore tramite acqua calda o vapore a temperature elevate, sfruttando la cogenerazione per massimizzare l’efficienza energetica. D’altro canto, il teleriscaldamento freddo si affida alle pompe di calore ad alta temperatura, utilizzando fonti rinnovabili e basse emissioni inquinanti per generare calore, offrendo vantaggi ambientali, energetici ed economici.

L’approccio del teleriscaldamento freddo si distingue per la sua impronta ecologica positiva, eliminando le emissioni locali e sfruttando fonti di energia rinnovabile per alimentare le pompe di calore. Le reti di distribuzione, realizzate con tubazioni in PEAD non coibentate, offrono una soluzione meno invasiva ed efficiente dal punto di vista economico. La flessibilità gestionale del teleriscaldamento freddo si riflette nei minori requisiti burocratici e nella maggiore resilienza delle reti, riducendo al minimo gli impatti di guasti o malfunzionamenti.

Inoltre, le pompe di calore ad alta temperatura del teleriscaldamento freddo si dimostrano vantaggiose sia dal punto di vista energetico, con rendimenti superiori e risparmi significativi, sia dal punto di vista promozionale, offrendo un’alternativa sostenibile e innovativa ai cittadini e alle aziende. Questo nuovo paradigma di teleriscaldamento non solo contribuisce al raggiungimento degli obiettivi di riduzione delle emissioni e dell’utilizzo delle fonti rinnovabili, ma offre anche un’opportunità per creare comunità più ecologicamente consapevoli e resilienti.

In definitiva, il teleriscaldamento freddo si configura come una risposta avanzata e sostenibile alle sfide energetiche e ambientali del nostro tempo, ponendo le basi per un futuro in cui l’approvvigionamento energetico diviene più pulito, efficiente ed equilibrato. La sua adozione può rappresentare un passo significativo verso un mondo in cui l’energia è utilizzata in modo più responsabile, garantendo benefici a lungo termine per l’ambiente, l’economia e la qualità della vita delle comunità coinvolte.

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