Smart Heat Pumps per le nuove esigenze del mercato

La digitalizzazione del sistema energetico europeo sta accelerando, con l’obiettivo di sfruttare pienamente il potenziale risparmio derivante dalla flessibilità e com­binazione intelligente tra produzione e consumo di energia. Privilegiando l’impiego di fonti rinnovabili, in linea con la Direttiva (UE) 2023/2413 [2] del 18 ottobre 2023 (RED III), relati­va alla promozione dell’energia da fonti rinnovabili, le tecnologie digitali consentono di ottimizzare i sistemi, generando risparmi operativi e riducendo i costi delle infrastrutture di rete. Esse per­mettono inoltre di sviluppare strumenti avanzati di previsione della produzione e dei consumi energetici, con particolare riferimento alle fonti rinnovabili elet­triche, tipicamente intermittenti, come il solare fotovoltaico e l’eolico, che sono destinate a una significativa espansione nei prossimi anni.

Que­sto contesto di crescente integrazione tra rinno­vabili e digitalizzazione, ha effetti anche per la tecnologia delle pompe di calore, che si collo­ca sia come produzione per la parte di energia contenuta in aria acqua a terra (a cui le pompe di calore attingono), sia come utilizzo, poiché utilizzano energia elettrica (preferibilmente da fonte 100% rinnovabile), per questo tale tecnologia è destinata a subire una profonda evoluzione. Il loro funzionamento non potrà più prescindere da logiche predittive legate alla disponibilità di energia rinnovabile, sia prodotta localmente sia accumulata in sistemi di storage sia elettrico che termico.

Si afferma così il concetto, sempre più attuale, di Smart Heat Pump (SHP), prodotti e sistemi avanzati che superano il modello tradizionale di pompe di calore, basato su un semplice controllo termoigrometrico finalizzato principalmente al comfort degli am­bienti interni e al risparmio energetico, introducendo invece un approccio integrato, intelligente e orientato all’efficienza energe­tica complessiva, che tenga conto sia degli usi energetici, che della rete e delle sue peculiarità intermittenti di generazione e stoccaggio tipiche delle rinnovabili elettriche.

Un pilastro della decarbonizzazione

La crescente diffusione delle pompe di calore nel panorama energetico europeo rappresenta uno dei pilastri più solidi e meno controversi del processo di decarbonizzazione. Il loro contributo alla riduzione del consumo di energia primaria è infatti ampiamente dimostrato sia a livello teori­co, attraverso l’analisi dei cicli termodinamici, sia a livello sistemico, come evidenziato dalle princi­pali strategie energetiche dell’Unione Europea. A differenza dei sistemi di generazione tradizio­nali basati sulla combustione, la pompa di calore trasferisce calore da una sorgente a bassa tem­peratura verso un ambiente a temperatura più elevata, con un coefficiente di prestazione (COP/EER) tipicamente superiore a 3 o di prestazione stagionale (SCOP/SEER) anche di 5. Il concetto è ben evidenziato dal Position Paper realizzato da TEHA Group e Assoclima intitolato “Il futuro delle pompe di ca­lore tra competitività, mercato e policy” (marzo 2026) [3]. Le pompe di calore presentano un vantaggio strutturale in termi­ni di efficienza energetica facendo i dovuti paragoni a livello di energia primaria con dispositivi a combustione.

Nel caso delle pompe di calore una quota rilevante dell’ener­gia termica fornita, generalmente pari ad almeno due terzi, viene prelevata dall’ambiente esterno. Questa componente ha un duplice beneficio, in quanto è sia rinnovabile (Direttiva (UE) 2023/2413) che ampiamente accessibile. Tuttavia, perché tale vantaggio tecnico si traduca anche in una convenienza econo­mica per l’utente finale, è indispensabile che la quota di energia elettrica necessaria al funzionamento dell’impianto sia disponi­bile a costi contenuti e che sia il più possibile da fonte rinnovabile al fine di ridurre sempre più l’impatto ambientale. Questo implica che, a parità di energia utile fornita all’utente finale, il fabbisogno di energia primaria risulta drasticamente ridotto (-55%), soprattutto in contesti in cui l’e­nergia elettrica di alimentazione presenta una quota crescente di rinnovabili.

Uno dei principali freni alla diffusione delle pom­pe di calore è di natura economica, a livello CA­PEX (Costo iniziale dell’apparecchiatura) che è nettamente superiore rispetto anche ad una efficiente caldaia di ultima generazione, che a li­vello OPEX (Costo Operativo o costo di gestione e funzionamento) a partire dal rapporto tra prezzo dell’energia elettrica e del gas, ancora poco fa­vorevole nel 2025.

Per superare questa criticità, almeno a livello OPEX, molti esperti suggeriscono diverse misu­re tariffarie, quali ad esempio: ridurre in modo selettivo oneri e accise sull’energia elettrica per gli utenti che utilizzano pompe di calore, rivedere le componenti tariffarie che rendono più one­roso l’incremento della potenza impegnata, introdurre strumenti di compensazione mirati e promuovere offerte commerciali lu­ce-gas più allineate al profilo di efficienza di questa tecnologia. L’obiettivo è avvicinare il rapporto elettricità/gas a quota 2, obiet­tivo strategico sostenuto and da EHPA (European Heat Pump Association) in sede Europea (Taxation Policy on Heat Pumps, November 2025) [4], così da rendere le pompe di calore più competitive per famiglie e imprese almeno a livello OPEX.

Le Smart Heat Pumps per superare i problemi a livello OPEX

La strategia Europea per il riscaldamento e raffrescamento evi­denziano chiaramente come la diffusione massiva delle pompe di calore sia funzionale non solo alla riduzione delle emissioni climalteranti, ma anche alla diminuzione della dipendenza energetica da fonti fossili importa­te. Tuttavia, a fronte di questo consenso tecnico e politico, permane una criticità strutturale che limita il pieno potenziale della tecnologia: la de­bole integrazione tra la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e il suo utilizzo nei sistemi di climatizzazione elettrificati. L’attua­le architettura del sistema energetico europeo è infatti ancora fortemente segmentata. Da un lato, la generazione rinnovabile, in particolare fotovoltaico ed eolico, è caratterizzata da eleva­ta variabilità e limitata programmabilità; dall’altro, la domanda termica degli edifici è spesso rigida, fortemente stagionale e solo marginalmente reattiva ai segnali del sistema elettrico.

In questo contesto, le pompe di calore tradizionali operano spes­so come carichi di rete passivi, attivati in funzione del fabbisogno locale (ad esempio: comfort in ambienti commerciali e residen­ziali o processo in ambienti industriali) senza un reale coordina­mento con la disponibilità di energia rinnovabile. Il risultato è un potenziale disallineamento temporale tra produzione e consumo che si traduce, nei momenti di surplus rinno­vabile, in fenomeni di “curtailment” (che si verifica quando un impianto potrebbe produrre più energia, ma viene obbligato a ridurre o interrompere la produzione perché il sistema elettrico non è in grado di assorbirla tutta.) e nei momenti di picco della domanda, in un ricorso ancora significativo a fonti fossili per la generazione elettrica.

È proprio in questo spazio di inefficienza sistemica che si inserisce il nuovo concetto delle Smart Heat Pumps, intese non semplicemente come evoluzione tecnologi­ca del generatore termico, ma come nodo attivo all’interno di un ecosistema energetico digitalizzato e interconnesso.

Una smart heat pump è in grado di adattare il proprio funzio­namento in risposta a segnali esterni, quali il prezzo dinamico dell’energia, la disponibilità di produzione rinnovabile, le condi­zioni meteorologiche previste e lo stato della rete elettrica. Que­sto è reso possibile dall’integrazione di sensori avanzati, connet­tività IoT e algoritmi di controllo predittivo, che trasformano un dispositivo tradizionalmente passivo in una risorsa flessibile per il sistema energetico. Dal punto di vista tecnico, il valore aggiunto principale risiede nella capacità di disaccoppiare temporalmen­te la produzione e il consumo di energia attraverso l’uso com­binato di accumuli termici e strategie di controllo avanzate.

In presenza di elevata generazione rinnovabile, la pompa di calore può essere attivata anticipatamente per caricare un serbatoio termico (sia esso l’edificio o un accumulo tradizionale o innova­tivo, ad esempio, a cambio di fase) o aumentare la temperatura interna dell’edificio entro limiti di comfort accettabili; viceversa, nei momenti di stress della rete, il funzionamento può essere ri­dotto o posticipato. Questo comportamento, noto come demand response, consente di trasformare milioni di unità distribuite in una forma aggregata di flessibilità, contribuendo alla stabilità della rete e all’integrazione delle fonti rinnovabili variabili, in linea con le direttive europee EU strategy for energy system integra­tion promosse dalla Commissione Europea. Le implicazioni di questo paradigma sono rilevanti anche su scala macroeconomi­ca. L’integrazione intelligente delle pompe di calore può ridurre i picchi di domanda elettrica, limitare gli investimenti necessari in capacità di generazione di backup e infrastrutture di rete, e aumentare il fattore di utilizzo degli impianti rinnovabili esistenti. In altri termini, non si tratta solo di migliorare l’efficienza di un singolo dispositivo, ma di ottimizzare l’intero sistema energetico.

Affinché questo potenziale possa essere pienamente realizzato, è tuttavia necessario un profondo ripensamento delle logiche di progettazione e produzione lato manifattura. Le pompe di calo­re devono evolvere da prodotti standalone a componenti nativa­mente digitali, progettati per operare in ambienti interconnessi. Ciò implica a titolo esemplificativo e non esaustivo:

– l’adozione di architetture hardware e software aperte;

– la standardizzazione dei protocolli di comunicazione per inter­facciarsi con piattaforme di aggregazione;

– la capacità di interfacciarsi con sistemi di gestione energetica;

– la capacità di interfacciarsi con impianti fotovoltaici e sistemi di accumulo anche di nuova generazione.

Convergenza tra il mondo HVAC tradizionale e quello delle tecnologie digitali

La transizione verso sistemi intelligenti richiede una convergen­za tra il mondo HVAC tradizionale e quello delle tecnologie digi­tali. Installatori, progettisti e operatori dovranno acquisire nuove competenze in ambito ICT, controllo avanzato e gestione dei dati, mentre i produttori saranno chiamati a sviluppa­re modelli di business basati non più solo sulla vendita del prodotto, ma sull’erogazione di servizi energetici integrati. In conclusione, se è ormai acqui­sito che le pompe di calore costituiscono una soluzione efficace per la riduzione del consumo di energia primaria, il vero salto di qualità risiede nella loro evoluzione verso sistemi intelligenti e interconnessi. Solo attraverso l’integrazione con la produzione rinnovabile e la partecipazione attiva al sistema elettrico sarà possibile sfruttarne appieno il potenziale, trasformando una tec­nologia efficiente in un elemento chiave della transizione ener­getica europea.

I risultati del recente IEA HPT Annex 56 “Digitalization and IoT for Heat Pumps” [6] evidenziano quanto queste soluzioni siano fondamentali. Ad esempio, di servizi Internet of Things (IoT) sono stati classificati e descritti in dettaglio e tra le soluzioni già dispo­nibili sul mercato vi sono:

• Ottimizzazione del funzionamento della pompa di calore: ad esempio servizi online con analisi della funzionalità e delle prestazioni basata su misurazioni in tempo reale del COP della pompa di calore, della produzione di energia e dell’efficien­za del ciclo. Si tratta di una misura alternativa ai contatori di energia, ma che va anche oltre i loro limiti, poiché consente di estrarre ancora più informazioni dai cicli termodinamici.
• Manutenzione predittiva: ad esempio soluzioni IoT per la dia­gnostica remota delle pompe di calore, che garantisce un funzionamento efficiente e sicuro e facilita le attività di ma­nutenzione. La dia­gnostica remota viene effettuata sia automatica­mente sia manualmente da personale di servizio qualificato. In partico­lare, il rilevamento delle pompe di calore difetto­se avviene tramite un algo­ritmo automatizzato.
• Fornitura di flessibilità: ad esempio sistemi che consentono al fornitore di servizi di intervenire comandando in maniera intel­ligente selle pompe di calore, aiutando il gestore della rete a mantenere frequenza e stabilità. Le caratteristiche di consumo energetico delle pompe di calore vengono determinate, tra gli altri parametri, in base alle condizioni meteorologiche locali. Il controllo remoto avviene entro limiti definiti per garantire il comfort degli utenti ed evitare la riduzione della vita utile della pompa di calore.

L’IEA HPT Annex 56 ha fornito una prima panoramica sul livello di maturità digitale delle pompe di calore connesse in tutta Eu­ropa. Inoltre il recente IEA Project 67 “Digital Services for Heat Pumps” [7], che si basa su questi principi, mira ad identificare soluzioni digitali specifiche per le pompe di calore lungo tutto il loro ciclo di vita – dalla progettazione e test del prodotto fino all’integrazione, al funzionamento e alla manutenzione – inclu­dendo, ad esempio, modellazione, test hardware-in-the-loop e realtà aumentata.

Smart Heat Pumps e accumuli termici a cambiamento di fase

Gli accumuli termici a cambiamento di fase (PCM – Phase Change Materials) rappresentano oggi una delle innovazioni più promettenti nel settore HVAC, come evidenziato anche in con­testi di riferimento quali Mostra Convegno Expocomfort, dove il tema dell’efficienza energetica e della riduzione degli ingombri è sempre più centrale, con l’accordo siglato da Innova con Cowa per l’integrazione di accumuli (PCM – Phase Change Materials) all’interno di pompe di calore.

A differenza dei sistemi di accumulo tradizionali basati sull’ac­qua, il principio di funzionamento dei PCM si fonda sull’utilizzo di materiali in grado di cambiare stato fisico, tipicamente da solido a liquido e viceversa, a temperatura pressoché costante. Durante questo processo, il materiale assorbe o rilascia grandi quantità di energia sotto forma di calore latente, consentendo una densità energetica significativamente superiore rispetto agli accumuli sensibili convenziona­li. In pratica, materiali paraffinici o simil-cere vengono progettati per fondere in un intervallo di temperatura utile per applicazioni HVAC, immagazzinando energia termica in modo estremamente compatto ed efficiente.

I vantaggi dei sistemi PCM risultano particolarmente rile­vanti in un’ottica di integrazione con le pompe di calore e le fonti rinnovabili. In primo luogo, la compattezza: a parità di energia termica accumulata, un sistema PCM può ridurre il volume fino a circa un quarto rispetto a un accumulo ad acqua tradizionale, rendendolo ideale per applicazioni residenziali o retrofit in spazi limitati. In se­condo luogo, l’efficienza operativa: i PCM consentono di immagazzinare calore prodotto in eccesso – ad esempio da impianti fotovoltaici o da pompe di calore in condizio­ni favorevoli – per riutilizzarlo nei momenti di maggiore domanda, contribuendo a una gestione più razionale dell’energia. Dal punto di vista sistemico, questi accu­muli assumono un ruolo strategico nella gestione dei picchi energetici e nella flessibilizzazione dei consumi. Inseriti in sistemi ibridi o in architetture smart, i PCM per­mettono infatti di disaccoppiare temporalmente produ­zione e utilizzo del calore, migliorando l’autoconsumo e riducendo il carico sulla rete nei momenti critici.

In questo scenario, i sistemi a cambiamento di fase si stanno progressivamente affermando come una tecno­logia chiave per la decarbonizzazione del settore edilizio e per la realizzazione di edifici sempre più intelligenti ed efficienti. Non si tratta soltanto di un miglioramento in­crementale degli accumuli termici, ma di un vero e pro­prio cambio di paradigma nella gestione del calore, co­erente con l’evoluzione verso sistemi energetici integrati e digitalizzati.