Pompe di calore e rinnovabili: ecco come dimezzare i costi e salvare l’equilibrio termico del suolo. Una strategia vincente

La transizione verso edifici a “energia zero” è un mantra che sentiamo ripetere da Bruxelles fino ai consigli comunali più periferici. Tuttavia, tra il dire e il fare c’è di mezzo la fisica, e spesso anche il portafoglio. Chi si occupa di energia sa bene che installare pannelli fotovoltaici o pale eoliche non basta: il problema è la gestione dei picchi e l’interazione con la rete elettrica, che rischia di andare in crisi se tutti immettono energia nello stesso momento.

Un recente studio accademico (pubblicato su Energy) ha proposto un approccio innovativo che potrebbe risolvere due problemi in un colpo solo: stabilizzare la rete elettrica e aumentare drasticamente l’efficienza delle pompe di calore geotermiche, riducendo i costi in modo brutale. Vediamo come, senza troppi tecnicismi inutili ma con i numeri che contano. In questo studio si è valutato come dovrebbe essere utilizzato in modo ottimale un sistema a pompa di calore con accumulo geotermico ed elettrico.

Il problema: l’accumulo termico e lo sbilanciamento del suolo

Le pompe di calore geotermiche sono eccellenti, ma soffrono di un difetto a lungo termine: se prelevano troppo calore dal terreno in inverno e ne immettono troppo poco in estate (o viceversa), nel corso degli anni la temperatura del suolo cambia. Risultato? L’efficienza crolla. Inoltre, l’energia rinnovabile è volatile: c’è vento o sole quando magari non ci serve riscaldare casa.

Pompa di calore con accumulo geotermico

La soluzione: doppio accumulo e strategia “4 Stagioni”

La ricerca propone un sistema ibrido Eolico/Fotovoltaico abbinato a una pompa di calore, ma con due differenze sostanziali rispetto agli impianti classici:

1. Doppio Accumulo: Si usano sia batterie elettriche (per l’elettricità) che serbatoi termici (per l’acqua calda/fredda).

2. Strategia di “Pre-condizionamento” del suolo: Qui sta l’innovazione tecnica. Invece di spegnere tutto nelle mezze stagioni, il sistema usa l’energia in eccesso per “preparare” il terreno, che viene scaldato o raffreddato per far fronte alle necessità della stagione successiva.

Ecco come funziona il ciclo annuale proposto:

• Primavera: Pre-raffreddamento del terreno (si inietta freddo nel suolo sfruttando l’energia in eccesso).

• Estate: Raffrescamento attivo dell’edificio.

• Autunno: Pre-riscaldamento del terreno (si inietta calore nel suolo per prepararlo all’inverno).

• Inverno: Riscaldamento attivo dell’edificio.

I risultati: meno costi, più indipendenza

I dati emersi dallo studio, basato su una simulazione decennale in un edificio residenziale a basso consumo, sono notevoli. L’utilizzo intelligente dell’energia elettrica per gestire i carichi termici (strategia power-to-load) porta a benefici tangibili.

Di seguito una sintesi dei risultati ottenuti confrontando questa strategia con i metodi tradizionali:

Perché è importante

Questo studio dimostra che non serve necessariamente una tecnologia futuristica per migliorare l’efficienza energetica, ma una gestione più intelligente di quella esistente.

Utilizzare il terreno come una “batteria termica” stagionale, caricandolo e scaricandolo intenzionalmente quando l’energia costa poco (o è autoprodotta), permette di evitare il sovradimensionamento degli impianti e di non gravare sulla rete elettrica nazionale, che ringrazia sentitamente.

In un’ottica di investimenti infrastrutturali, supportare sistemi di gestione intelligente (BMS) è forse più saggio che sussidiare ciecamente la sola installazione di pannelli.

Domande e risposte

Perché è necessario un “doppio accumulo” (elettrico e termico)?

L’accumulo elettrico (batterie) è costoso e ha una capacità limitata, ideale per i picchi brevi. L’accumulo termico (serbatoi d’acqua o la massa del terreno stesso) è molto più economico e permette di immagazzinare grandi quantità di energia sotto forma di caldo o freddo per periodi più lunghi. Usandoli insieme, il sistema può decidere se conviene stoccare elettricità per la sera o usarla subito per produrre acqua calda/fredda da usare ore dopo, massimizzando l’efficienza economica e riducendo gli sprechi.

Cosa succede alla temperatura del terreno con le pompe di calore geotermiche tradizionali?

Nei sistemi tradizionali, spesso si verifica uno squilibrio termico. Se un edificio richiede molto riscaldamento in inverno e poco raffrescamento in estate, il terreno tende a raffreddarsi progressivamente anno dopo anno (o viceversa a riscaldarsi troppo). Questo fenomeno, noto come “accumulo di freddo/caldo”, riduce drasticamente l’efficienza della pompa di calore nel tempo, costringendo il sistema a consumare più elettricità per ottenere lo stesso risultato. Lo studio risolve questo problema bilanciando attivamente la temperatura del suolo.

Questa strategia è applicabile a qualsiasi casa?

Lo studio si concentra su edifici residenziali a basso consumo energetico (“low-energy buildings”). Sebbene i principi fisici siano validi ovunque, l’efficacia è massima in edifici ben coibentati dove la domanda di energia è prevedibile e contenuta. In vecchi edifici colabrodo, la priorità rimane l’isolamento termico; tuttavia, per le nuove costruzioni o ristrutturazioni profonde, questa gestione intelligente rappresenta il futuro per abbattere i costi operativi e rendersi quasi indipendenti dalla rete elettrica e dalle sue fluttuazioni di prezzo.

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