Caldaia o pompe di calore per la casa? Una semplice guida per non sbagliare

La struttura tariffaria delle bollette in Italia ed in parte anche in Europa, è tale che al raddoppiare dei volumi di energia elettrica o di gas consumati, non corrispondano costi doppi. Questo perchè la composizione di una bolletta è gravata in gran parte da tasse e oneri di sistema indipendenti dai consumi.Come conseguenza, conviene e converrà sempre di più puntare, per i bisogni domestici, su utenze solo elettriche, abbandonando i costi fissi e a consumo del gas e le complicazioni dei relativi impianti. In questo articolo, vi spieghiamo come.

Breve guida all’articolo – roadmap

Conviene anzitutto definire brevemente come struttureremo l’articolo; per avere la massima chiarezza espositiva, lo suddivideremo in tre capitoli principali corrispondenti ad altrettanti scenari di soddisfazione delle utenze domestiche. Eccoli di seguito.

Scenario Riscaldamento Acqua calda sanitaria Uso cucina Utenze domestiche
Scenario attuale 0 Caldaia a gas Caldaia a gas Gas Elettricità
Scenario 1 Pompe di calore aria/aria Pompa di calore aria/aria Scaldabagno in pompa di calore Piano a induzione Elettricità
Scenario 2 Pompa di calore geotermica Pompa di calore geotermica Pompa di calore geotermica Piano a induzione Elettricità

 

Lo scenario che delineeremo per ogni soluzione, è quello di un conto economico con visione di 20 anni pari ad una vita media di un’abitazione. Ipotizzeremo in 0,5% l’aumento annuo del costo del gas e dell’energia elettrica combinato al cosiddetto costo del denaro (il cosiddetto WACC).

Modellazione dei consumi termici ed elettrici di una tipica abitazione italiana

Costruiamo anzitutto il nostro modello di casa attuale. In Italia, secondo l’ultimo censimento ISTAT che ha coinvolto le abitazioni [1] risultavano esistere 2.396.691.555 m2 di superficie abitabile, adibiti a 24.135.177 alloggi per residenti, presenti in Italia. Questo vuol dire che, mediamente, l’alloggio di un nucleo familiare, costituito da una persona o più in Italia, ha una superficie media di 99,3 m2. Prenderemo questa come misura, approssimata a 100 m2, come misura di superficie della nostra abitazione modello. Come secondo punto, occorre stimare il fabbisogno termico di ogni abitazione: al fine di operare confronti omogenei, considereremo solo il fabbisogno di un’abitazione come riscaldamento invernale e non considereremo il raffreddamento estivo poiché esso è una forma di comfort che alcuni apparati che analizzeremo (gli scaldabagni in pompa di calore in particolare) non possono sostituire. Partiamo analizzando il fabbisogno termico totale di un’abitazione: per fare questo ci avvarremo di uno studio sulle compravendite, al 2017, avvenute tramite uno dei portali immobiliari online più diffusi sul web [2] e riassunto in Figura 1.

CLASSE ENERGETICA PER GLI IMMOBILI IN VENDITA AL 2017 Classe Alta
(A, A+, A1-A4)
Classe media
(B, C, D)
Classe bassa
(E, F, G)
Popolazione in regione [-] Classe energetica media pesata risultante [kWh/m2 anno]
Valore di energia termica per riscaldamento e raffreddamento associato (media dei valori di ogni classe) [kWh/m2 anno] 21,5 72,5 283    
Abruzzo 5,7% 19,3% 39,8% 1.322.247 127,85
Basilicata NP NP NP 570.365 NP
Calabria 3,7% 13,8% 44,2% 1.965.128 135,89
Campania 3,5% 8,1% 59,6% 5.839.084 175,29
Emilia-Romagna 7,7% 17,8% 46,0% 4.448.841 144,74
Friuli-Venezia Giulia 6,5% 19,7% 40,2% 1.217.872 129,45
Lazio 5,8% 8,6% 67,2% 5.898.124 197,66
Liguria 3,0% 7,0% 63,7% 1.565.307 185,99
Lombardia 8,8% 23,8% 55,9% 10.018.806 177,34
Marche 3,3% 12,5% 49,9% 1.538.055 150,99
Molise NP NP NP 310.449 NP
Piemonte 5,3% 28,6% 34,8% 4.392.526 120,36
Puglia 3,9% 7,2% 55,7% 4.063.888 163,69
Sardegna 4,9% 16,0% 47,8% 1.653.135 147,93
Sicilia 2,7% 8,0% 61,2% 5.056.641 179,58
Toscana 3,1% 7,9% 69,0% 3.742.437 201,66
Trentino-Alto Adige 10,3% 25,3% 31,3% 1.062.860 109,14
Umbria 3,0% 9,6% 52,8% 888.908 157,03
Valle d’Aosta 1,5% 15,4% 39,3% 126.883 122,71
Veneto 10,2% 23,5% 34,0% 4.907.529 115,45
ITALIA 6,30% 17,20% 53,10% 60.589.085 159,5

Figura 1 – Tabella delle classi energetiche risultanti dalle compravendite immobiliari di un famoso portale italiano [2] con aggiunti i nostri calcoli sull’energia termica risultante per ogni regione e per il riepilogo nazionale.

Dallo studio che rappresenta una fotografia significativa ed attuale del panorama italiano essendo tratto dalle statistiche di compravendita del 2017, risulta che la casa media italiana consumerebbe circa 160 kWh/m2 anno di energia termica per i suoi fabbisogni di riscaldamento e raffreddamento; supponendo un congruo coefficiente di decremento per il riscaldamento di 0,75, che tenga conto degli ambienti non riscaldati e della quota per il raffrescamento che non considereremo, la ripartizione finale dei consumi di gas ed energia elettrica, per la tipica abitazione italiana, risulta quella mostrata in Figura 2:

Grandezza Percentuale rispetto al totale dell’energia termica Valore netto dell’energia termica annua necessaria Valore totale per immobile medio italiano Valore in termini di GAS
[kWh/m2 anno] [kWh/ anno] [Nm3/anno]
Energia elettrica per usi domestici
(ENERGIA ELETTRICA)
  19,5 1954,8 NA
Quota di energia termica per il RISCALDAMENTO degli ambienti (GAS) 80% 74,7 7466,2 697,8
Quota di energia termica per ACQUA CALDA SANITARIA (GAS) 18% 16,8 1679,9 157,0
Quota di energia termica netta per USO CUCINA (GAS) 2% 1,9 186,7 17,4
Totali ove significativi 100% 93,3 11287,6 872,2
Quota di energia termica per il RAFFRESCAMENTO
(NON CONSIDERATO)
22% 35,10 3.510 NA

 

Figura 2 – Ripartizione delle quote assolute in kWh/anno, percentuali, e loro rappresentazione, dei consumi medi dell’abitazione media italiana descritta in Figura 1 ove alle utenze termiche si è applicato un coefficiente di 0,75 che tenga conto degli ambienti non riscaldati all’interno di un’abitazione.

I dati che ARERA pubblica nella sua relazione annuale del 2018 [3], sono confortanti poiché presentano i dati medi italiani che recitano un consumo per abitazione di gas pari a 892 Nm3 all’anno (contro gli 872 considerati nello studio) e di 1954 kWh elettrici identici a quelli considerati. Il modello è quindi da ritenersi valido avendo un errore combinato inferiore al 2%. Riassumiamo quindi i dettagli della nostra abitazione modello:

  • Superficie abitazione: 100 m2
  • Fabbisogno di energia termica annua per riscaldamento: 7.279 kWh/anno
  • Fabbisogno di energia termica annua per acqua calda sanitaria e uso cucina: 1.679,9 kWh/anno
  • Fabbisogno di energia elettrica annua: 1.954,8 kWh/anno
  • Fabbisogno energia termica annua per raffrescamento: 3.510 kWh/anno (non considerati)

Il conto, di fatto, porta ad un totale energetico di 11.287,6 kWh per 100 m2 di superficie, dove non sono considerati i fabbisogni per il raffrescamento pari a 3.510 kWh/anno.

Costo medio annuo dell’attuale sistema di utenze (gas + energia elettrica)

Per prima cosa fotografiamo l’andamento dei consumi e dei costi di un’abitazione attuale dove si soddisfi il fabbisogno di acqua calda sanitaria e riscaldamento tramite classico termosingolo fatto da una caldaia autonoma a condensazione, più le normali utenze elettriche. I conti nello scenario a 20 anni di riferimento sono rappresentanti in Fig. 3.

Figura 3 – Scenario attuale dei costi medi per un’abitazione con caldaia a condensazione e fornitura da 3kW di energia elettrica.

I picchi più negativi visibili nel grafico si riferiscono al costo di controllo dei fumi di caldaia, supposto pari a 120€ da eseguirsi per le caldaie tradizionali a metano, ogni 4 anni, in ottemperanza a quanto prescritto dal Decreto del Presidente della Repubblica numero 74 del 2013 [9].

L’abitazione media italiana costa quindi, di utenze gas ed elettriche, circa 90/100 € per ogni metro quadro all’anno fra elettricità e gas ossia circa 9 euro e mezzo all’anno per metro quadro. A partire da questo scenario andremo a calcolare i costi di conversione e i relativi risparmi nei vari casi di riconversione degli edifici. Altri parametri che useremo di seguito nello studio sono i seguenti:

  • Orizzonte temporale di valutazione economica (medium/long term scenario): 20 anni
  • Coefficiente combinato che tiene conto dei rincari della bolletta elettrica e del gas e del costo del denaro per l’attualizzazione delle spese: 0,5%/anno (cautelativo)

Abitazione elettrica scenario 1 – Costo medio annuo con abitazione dotata di pompe di calore aria/aria per riscaldamento e scaldabagno in pompa di calore per acqua calda sanitaria, oltre a fornelli elettrici ad induzione.

Analizziamo il primo scenario variato ossia lo scenario che considera, per rendere la casa “elettrica” di installare: al posto del riscaldamento delle pompe di calore aria-aria, al posto dei fornelli a gas quelli ad induzione e, al posto della caldaia, uno scaldabagno in pompa di calore per il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria. Rimane invariato o quasi l’altro segmento di consumo relativo ai classici consumi elettrici presenti. Prima di proseguire vale la pena fare una piccola parentesi sugli scaldabagni in pompa di calore e su cosa sono.

Gli scaldabagni in pompa di calore, i moderni scaldaacqua

La diffusione commerciale di questi apparati è cominciata a partire dal 2010 contestualmente all’innalzarsi del costo del gas metano e alla drastica diminuzione dei costi legati sia al funzionamento sia ai componenti delle pompe di calore.

Uno scaldabagno in pompa di calore non è altro che una comunissima pompa di calore, come lo è il frigorifero, il condizionatore ecc. che, tramite l’ausilio di energia elettrica, estrae calore da un fluido caldo (in questo caso l’aria) e lo trasferisce, per riscaldarlo, all’acqua contenuta nel suo boiler. A livello concettuale tale elettrodomestico è rappresentabile come in Figura 4:

hot water heat pump
Figura 4 – Rappresentazione teorica del funzionamento di una pompa di calore che serve per riscaldare acqua prelevando calore dall’aria (scaldabagno in pompa di calore) [6][7]

Poiché è fondamentale ricordarsi sempre che il coefficiente di prestazione (ossia il rendimento) di una qualsiasi pompa di calore è individuabile come:

Dall’ analisi di questa semplice equazione si deducono ovvie ma importanti considerazioni per limitare i consumi di energia elettrica di questo scalda acqua:

  • Impostare una temperatura di riscaldamento più bassa possibile, un accorgimento per limitare la temperatura di set point di riscaldamento, per esempio, è quello di non miscelare l’acqua calda al rubinetto tramite miscelatore ma pre miscelarla prima della mandata tramite banali apparati idraulici.
  • Poiché il calore assorbito dalla sorgente calda (l’aria esterna) dipende dalla differenza di temperatura fra aria calda di mandata e aria fredda in uscita, conviene massimizzare questa differenza ponendo, ad esempio, l’aspirazione in un ambiente riscaldato e l’uscita in aria libera esterna.

La strategia di questi apparecchi, per avere un consumo limitato e nettamente inferiore a quello di uno scaldabagno, si fondano su molte strategie prima fra tutte riscaldare l’acqua lentamente utilizzando inverter che parzializzano il consumo del compressore (si consideri 3 minuti per litro per portare l’acqua da 15 a 55°). Commercialmente uno scaldabagno in pompa di calore arriva a dichiarare COP intorno a 3 ma, cautelativamente, nello studio, considereremo un COP medio annuo pari a 2,5. Mediando quanto dichiarato dai costruttori di mercato, considereremo 25 Wh/l come energia necessaria a portare l’acqua da 15 a 55 °C con una temperatura d’ingresso di 15°C.

Mettiamo quindi insieme tutti i fabbisogni, e andiamo a calcolare i costi e i consumi in questo scenario:

Fabbisogno Mezzo Rendimento [-] Costo conversione [€] Consumo energetico annuo [kWh/anno] Stima durata di vita [anni]
Uso cucina Piastre ad induzione 0,9 400 414 20
Acqua calda sanitaria Scaldabagno (boyler elettrico) COP: 2,5 1200 672 10
Riscaldamento ambienti Pompe di calore COP: 2,7 2.200 2.696 5
Energia elettrica per usi tradizionali 0 1.954,8  
Totali ove significativo 3.800 5.738  

Si aprono a questo punto due possibilità di valutazione: uno relativo alla situazione di costi benefici in caso di nuova costruzione ed uno relativo alla conversione da gas a questo scenario. Calcoleremo come base lo scenario della conversione da gas ad elettrico per poi commentare le varie varianti. I risultati della simulazione sono esposti in Figura 2.

Figura 5 – Scenario di riconversione della casa tradizionale tramite installazione di pompe di calore aria/aria, piastre ad induzione e scaldabagno in pompa di calore per l’acqua calda sanitaria.

Le osservazioni che si possono fare sono molteplici, ne elenchiamo di seguito solo alcune:

  • La grande pecca dei sistemi aria/aria ed in generale delle pompe di calore è insita nel fatto che sono sistemi costituiti da organi meccanici che lavorano per moltissimo tempo, specialmente se utilizzati sia come pompe di calore invernali che estive. Questa continuità di lavoro che compiono, fa si che la loro durata non sia, molto probabilmente, superiore alla garanzia del prodotto che solitamente è di 5 anni per le pompe di calore aria/aria (split).
  • In questo scenario, come prevedibile, la spesa annua di energia elettrica è inferiore di circa 52€ rispetto a quello di energia elettrica + gas dello scenario base.
  • Al contempo, il costo cumulato annuale omnicomprensivo è superiore di quasi 1000 € a causa delle sostituzioni delle apparecchiature che si suppone dover fare a causa della limitata affidabilità dei componenti
  • Il rendimento delle pompe di calore, come si evince dal grafico di Figura 3, non incide in modo significativo sul costo finale annuo della bolletta elettrica, questo a causa di due fattori principali: prima di tutto la percentuale dell’energia prelevata al riscaldamento degli ambienti è parziale e non totale (78%), secondariamente i costi fissi in bolletta non permettono un abbattimento drastico dei costi e l’abbassamento della componente energia non fa che peggiorare questo aspetto.
Figura 6 – Costo totale della bolletta elettrica in dipendenza del COP medio annuo delle pompe di calore installate.

Non va infine dimenticato che raggiungere COP reali medi e costanti superiori a 3, per pompe di calore ARIA/ARIA, è una sfida tecnologica non banale e di difficile attuazione pratica.

Scenario 2 – Costo medio annuo riconversione con pompe di calore geotermiche (sistemi aria/acqua)

Vale la pena, come ultimo paragone di rilievo, indagare il sistema con pompa di calore che garantisce indubbiamente i rendimenti più alti fra quelli esistenti. Stiamo parlando, ovviamente, delle pompe di calore geotermiche, argomento a cui abbiamo già dedicato un nostro importante approfondimento tecnico che trovate qui.

Questi sistemi, sfruttando la temperatura più costante durante l’arco dell’anno, del terreno, aumentano il loro rendimento arrivando a COP molto alti e soprattutto costanti nel tempo proprio grazie all’insensibilità degli strati bassi del terreno alle fluttuazioni delle temperature dell’atmosfera. Ipotizzeremo quindi per questi sistemi un COP di 5 costante nel tempo, stiamo quindi di un rendimento quasi doppio rispetto a quello medio delle pompe di calore ARIA-ARIA.

Vediamo il calcolo finale dello scenario di riconversione con pompa di calore geotermica:

Figura 7 – Conto economico di spesa per riconversione dell’abitazione tramite installazione centralizzata di pompe di calore geotermiche.

Il conto economico è molto particolare poiché:

  • In termini di risparmio in bolletta, questo scenario è il migliore possibile e permette di risparmiare circa 235 €/anno in confronto allo scenario base con utenze miste gas + energia elettrica.
  • In termini di totale spesa annua, comprensiva cioè dei costi di riconversione, delle detrazioni fiscali e della manutenzione (qui ipotizzata nulla) il costo è migliorativo rispetto a quello delle pompe di calore aria-aria ossia il secondo scenario.

Conclusioni – Riconversioni delle abitazioni

La scelta della riconversione ottimale dei sistemi di produzione di calore e di acqua calda sanitaria non è assolutamente cosa facile. Abbiamo costruito una flow chart con all’interno i nostri migliori consigli su come approcciare il riscaldamento di una o più abitazioni dipendentemente da alcuni parametri. La sequenza completa è visibile in Figura 8.

Figura 8 – Flow chart decisionale sulle scelte migliori per ristrutturare o costruire ex novo il sistema di condizionamento di una abitazione in Italia, alla luce delle regole di acquisto di energia elettrica e gas.

Commentiamo quindi la flow chart di Figura 8. con alcuni commenti e consigli generali

  • Nel caso che l’abitazione abbia a disposizione una superficie a verde con terreno di superficie almeno uguale a quella da raffrescare/riscaldare, qualora si voglia considerare l’abitazione un investimento di lungo periodo, è sempre consigliabile adottare gli unici sistemi a pompa di calore con alta affidabilità e che garantiscono prestazioni elevate ossia pompe di calore acqua/acqua a fluido geotermico con sistema di trasferimento di calore all’abitazione tramite pannelli radianti a pavimento. In questo caso il costo dell’investimento è il più alto di tutti gli scenari ma i costi a regime, al contrario, sono i più bassi.
  • Nel caso in cui si costruisca o ci si trovi ad utilizzare sistemi di riscaldamento centralizzati conviene assolutamente restare in questa situazione. Più grandi sono le caldaie/sistemi centralizzati, più alti sono i rendimenti raggiungibili in caso di ristrutturazione energetica, più alti i risparmi. Si consiglia quindi, in questo caso, se non già fatto, di adoperarsi nell’efficientare i sistemi centralizzati e, casomai, associarli con accumuli di calore e impianti solari termici. In casa si consiglia di eliminare la bolletta del gas e puntare su piastre a induzione e scaldabagni in pompa di calore provando così a risparmiare sui costi fissi della bolletta del gas.
  • Nel caso di classiche abitazioni termo singole la situazione è la più complessa poiché l’80% dell’energia utilizzata in un appartamento è destinata all’utilizzo di riscaldamento degli ambienti. Ne consegue che con una quota così ampia di calore necessario la competitività del gas rimane più avanti rispetto a quella dell’energia elettrica (un Nm3 di gas produce circa 10,7 kWh termici e costa solo il doppio dell’energia elettrica).
  • Unico caso dove sistemi elettrici possono essere competitivi è dove i consumi sono bassi ossia nelle abitazioni piccole e di utilizzo estremamente saltuario (<2000 h all’anno sul totale degli ambienti). In questi casi la soluzione con pompa di calore aria aria può essere presa in considerazione a livello finanziario ma comporta altri rischi legati ai costi di manutenzione e sostituzione delle PDC stesse le quali sono oggetti complessi, in movimento che si usurano e perdono di efficienza con grande facilità.

REFERENCES

[1]: Censimento ISTAT della popolazione 2011 – http://dati-censimentopopolazione.istat.it/Index.aspx?DataSetCode=DICA_EDIFICIRES

[2]: Da una ricerca dell’importante portale online immobiliare.it relative alle vendite online presenti fino all’anno 2017 – https://www.immobiliare.it/info/ufficio-stampa/2017/classe-energetica-il-23-5-degli-immobili-in-vendita-ne-vanta-una-media-o-alta-1646/

[3]: Dalla pubblicazione annuale dell’autorità dell’energia elettrica e il gas AREARA, anno 2018 (relativa ai dati consuntivati 2017). In particolare, pagina 87 tavola 2.34 per i consumi di energia elettrica, per consumi medi del gas pagina 189 e seguenti. – https://www.arera.it/allegati/relaz_ann/18/RAvolumeI_2018.pdf

[4]: Analisi delle bollette del gas, studio professionale ALCESI e ABIECO edilizia sostenibile – http://www.alcesi.it/images/documenti/Esempio_analisi_bollette_gas.pdf

[5]: Dall’indagine del team di Energyhunters dal titolo “Pompe di calore geotermiche: caratteristiche, vantaggi e svantaggi”: https://www.energyhunters.it/pompe-di-calore-geotermiche-caratteristiche-vantaggi-e-svantaggi/

[6]: Energy efficient heat pump: https://thesunriseguide.com/energy-efficient-heat-pump-water-heaters/

[7]: Coefficient of Performance – COP – Heat Pump – https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/thermodynamics/thermodynamic-cycles/heating-and-air-conditioning/coefficient-of-performance-heat-pump/

[8]: Riguardo a revisione e tempi di controllo delle caldaie: https://www.pgcasa.it/articoli/riscaldamento/gli-interventi-e-le-scadenze-per-la-pulizia-e-manutenzione-della-caldaia__1589

 

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