Dal recupero di calore alla gestione dell’energia termica

Partiamo da un assunto che è decisamente consistente anche se spesso passa inosservato: tutta l’energia termica rilasciata in ambiente esterno è alla base di un duplice danno, quello specifico dell’energia non usata e quindi sprecata e quello ambientale dell’impatto che il calore ha sul sistema ecologico in cui viviamo. E dobbiamo proprio a questo percorso di approfondimento con Luca Stefanutti, Direttore Tecnico ESA Engineering, questa acquisizione, che è giunta al termine dell’intervista, ma ha una rilevanza tale da dover costituire il cappello introduttivo per spiegare con maggiore incisività il ragionamento d’insieme che parte dalla domanda più semplice:

il recupero di calore è un fattore culturale acquisito nel mondo della progettazione oppure siamo agli albori?

«Dobbiamo innanzitutto “classificare” l’argomento: di che recupero di calore parliamo? Esistono infatti varie forme, talmente numerose e diverse che per forza di cose bisogna appunto focalizzare l’attenzione su alcuni aspetti. Se parliamo, per esempio, di impianti di climatizzazione e di edifici civili i due campi di applicazione principali sono ovviamente il recupero di calore dall’aria espulsa per trattare l’aria in ingresso negli impianti di ventilazione e anche di climatizzazione e il recupero di calore importantissimo nelle fasi invece di produzione di acqua calda e acqua refrigerata, sempre al servizio di climatizzazione».

In quest’ambito a che grado di alfabetizzazione ci troviamo?

«Questo il tipico caso delle pompe di calore che possono funzionare, soprattutto ovviamente d’estate, in produzione di acqua refrigerata, garantendo una produzione “gratuita” di calore che invece di essere smaltito all’esterno viene riutilizzato per altri usi, per esempio appunto d’estate per il riscaldamento dell’acqua sanitaria in contemporanea alla produzione di acqua refrigerata. Già questi due aspetti meriterebbero un’ampia trattazione, ma possiamo serenamente dire che si tratta di elementi che entrambi sono ormai consolidati da anni nella cultura progettuale».

Che cosa li ha portati a questo stadio di familiarità?

«Un po’ le esigenze di risparmio energetico, un po’ questioni normative e di legge hanno fatto sì che tutte e due queste forme di recupero di calore siano sostanzialmente applicate ormai costantemente negli impianti di taglia medio grande, ma ormai anche in quelli piccoli, come nei sistemi di ventilazione meccanica controllata che si utilizzano nei nuovi progetti di edilizia residenziale sfruttano il concetto del recupero di calore. Quindi il recupero di calore in questo ambito applicativo può dirsi parte della dotazione minima del progettista, anche se c’è poi un discorso molto importante e molto complesso sulla reale efficacia o efficienza dei sistemi di recupero di calore in base in funzione alle modalità con le quali appunto si realizzano».

Ma il recupero non è un’esclusiva dell’impianto di climatizzazione, anzi, sta acquisendo interesse laddove si possono avere interazioni fra impianti di climatizzazione e refrigerazione…

«Il terreno in questi ambiti si fa meno solido e la presenza del recupero fra gli asset da considerare in un progetto è più difficile da riscontrare, anche perché – a differenza dell’edilizia residenziale – manca uno stimolo legislativo preciso che ponga l’attenzione sull’argomento: il recupero di calore dall’aria espulsa dagli impianti arriva dalle prime leggi sul risparmio energetico e quindi da lì in poi è diventata una prassi consolidata ma in tutti gli altri contesti è lasciato da una parte alla competenza del progettista l’onere di capire dove si può creare un risparmio energetico effettivo e dall’altra naturalmente dalla sensibilità del committente».

E come devono comportarsi progettista e committente per arrivare a includerlo fra le soluzioni possibili?

«Il progettista deve prefigurare uno scenario progettuale che metta in campo appunto i diversi fabbisogni termici contemporanei e li ponga in correlazione fra di loro, e il committente deve essere dotato di una sensibilità che lo renda in grado di apprezzare queste proposte, ma questo comporta innanzitutto la capacità – da ambo le parti – di effettuare un ragionevole e strutturato calcolo di costo-beneficio».

E quindi prevale una logica economica?

«Che è giusto che prevalga: se è vero che il calore rilasciato in atmosfera produce danni ambientali, è anche vero che il calore recuperato deve ripagare l’onere iniziale: il committente soprattutto al crescere delle dimensioni dell’investimento è pronto a spendere qualcosa di più in fase iniziale, strutturando sistemi di recupero se è in grado di valutare concretamente il ritorno dell’investimento che si ottiene in fase di gestione».

Ma questo comporta l’obbligo per il progettista di saper proporre l’uso del calore espulso in chiave, appunto, economica?

«Sì, ma non solo. Sostanzialmente io credo che ogni volta che si produce un effetto, che sia caldo o freddo, bisognerebbe sempre andare a cercare un metodo per evitare di smaltire all’esterno, soprattutto nella fase appunto di produzione del freddo: non possiamo più permetterci è di ignorare il fatto che se smaltiamo all’esterno questo calore, produciamo un impatto sull’ambiente oltre che appunto che uno spreco di energia che potrebbe essere recuperata. Questo concetto dovrebbe essere sempre alla base di una progettazione, in modo da spingere a ricercare appunto tutte le possibili soluzioni per risparmiare energia, risparmiare soldi e anche ridurre l’impatto sull’ambiente».

Un ragionamento virtuoso: viene attuato?

«Non con la costanza che vorrei vedere applicata: non essendoci degli obblighi di legge il tutto è lasciato alla capacità del progettista, di individuare questi ambiti e di proporli a un cliente. Naturalmente ci sono molti altri aspetti e vincoli anche di tipo dimensionale che conosciamo: non sempre è possibile realizzare certe tipologie di impianto perché mancano gli spazi dove collocare le macchine. Non è tutto così semplice, ma sicuramente il concetto del recupero di calore dovrebbe essere sempre uno di quei uno degli obiettivi principali nell’ambito di una progettazione, quantomeno da indagare in fase esplorativa e di fattibilità, perché appunto esistono effettivamente occasioni in cui si può sfruttare questa risorsa».

Per esempio, quale è un contesto che si presta a questo ragionamento al di là degli obblighi di legge?

«Prima citavo il caso classico degli impianti di climatizzazione al servizio degli edifici che oggi sono la norma tutte le tipologie di edifici: d’estate tutti questi sistemi hanno il problema di smaltire il calore che viene estratto dagli ambienti e quindi sicuramente ci sono condizioni ideali nell’ambito soprattutto residenziale così come in quello alberghiero per la produzione di acqua calda sanitaria: più complesso attivarsi per recuperare del calore nei contesti come centri direzionali ed edifici dedicati ai servizi, perché non ci sono dei solitamente appunto dei fabbisogni da soddisfare. Ragione per cui diventa determinante trovare altre forme di recupero».

E ragionare, per esempio, di comunità energetica allargata?

«Chi ha un edificio di servizi contiguo a una situazione residenziale, potrebbe essere fornitore di energia termica per l’ambito residenziale vicino, generando un beneficio win-win. È la consapevolezza del committente che a mio avviso gioca un ruolo fondamentale: diamo pure per acquisito, quantomeno sull’aspetto specifico della climatizzazione, il fattore culturale del recupero di calore nell’ambito della progettazione, la domanda che nasce è più rivolta al committente che dovrebbe essere poi quello più sensibile, perché è quello che ne trae maggiori vantaggi …ma qui il ragionamento deve coinvolgere sì i progettisti e i committenti, ma a maggior ragione gli amministratori pubblici o comunque chi rilascia per esempio i permessi a costruire».

E spingere a ragionare di usi condivisi dell’energia prodotta, per non sprecarla…

«Il punto di partenza è ragionare in termini non più di edificio singolo, ma di ambiti più ampi proprio per poter sfruttare al massimo questo tipo di situazioni. Però, appunto, purtroppo è già tanto se si riesce a sensibilizzare un singolo committente, anche perché non tutti i soggetti che investono nell’edilizia hanno le stesse esigenze in questo contesto. Chi costruisce per utilizzare, una catena di supermercati, per esempio, ha una sensibilità spiccata per i consumi che andrà a sostenere, mentre un immobiliarista che vende poi l’edificio è interessato a dare una classe di efficienza energetica dell’immobile, non certo a farne un potenziale produttore di energia termica da “rivendere” o un utilizzatore di energia termica acquisita a basso costo».

Una mancanza di stimolo formale?

«Effettivamente ci si limita a soddisfare i requisiti di legge che, peraltro, sono già impegnativi: un elemento più interessante e forse tale da sollecitare la sensibilità potrebbe essere considerare il recupero di calore anche agli effetti della normativa una fonte rinnovabile: oggi esso entra sì nel calcolo dell’efficienza di un impianto e quindi più efficiente un impianto e più facile è soddisfare i requisiti minimi di legge, ma, analogamente al free cooling e pur essendo un elemento di molto interessante per il risparmio energetico, il recupero di calore non è considerato ancora dalla legge come un elemento equiparato alla produzione di energia generata da un pannello fotovoltaico».

Un vizio di forma che diventa un danno sostanziale…

«Se fosse un elemento equiparato anche dal punto di vista dei requisiti di legge, diventerebbe un obbligo sostanziale utilizzarlo insieme alle altre forme già note, che sono ormai consolidate come il recupero dall’aria espulsa. Questo creerebbe un allargamento della percezione culturale nei confronti di qualsiasi forma di recupero di calore che alla fin fine ha esattamente la stessa funzione delle fonti rinnovabili se non addirittura migliore».

In che senso?

«Le fonti rinnovabili presuppongono comunque l’utilizzo di sistemi che si aggiungono vedi pannelli fotovoltaici, quindi, dal punto di vista del embodied carbon footprint, questo significa comunque produrre del materiale. Il recupero di calore è ancor più neutrale, perché necessita solo eventualmente di una pompa o di un ventilatore che ci aiuta a realizzarlo, ma in realtà è energia che abbiamo già a disposizione: questa impostazione potrebbe cambiare l’atteggiamento verso questa risorsa».

Un potenziale importantissimo, a voler ben guardare…

«La potenzialità ha anche un suo caso o contesto di studio esemplare, quello dei data center: in qualche caso ormai si concede l’autorizzazione a realizzare i data center solo a condizione che il calore prodotto da essi venga utilizzato per il riscaldamento, ad esempio di abitazioni vicine. Qualche operatore già sta realizzando sistemi collegati con reti di teleriscaldamento. A mio avviso questo risolve solo in parte il problema dell’impatto ambientale dei data center, perché sicuramente può essere una soluzione molto interessante per recuperare il calore prodotto durante l’inverno dai data center per riscaldare le abitazioni, ma lascia completamente irrisolto il problema dell’impatto ambientale nella stagione estiva».

Una considerazione che non è diffusa nell’opinione pubblica!

«Infatti, il vero problema dei prossimi anni non consisterà solo nei crescenti consumi di energia elettrica provocati anche dai data center, ma anche dal fatto che continuiamo a immettere nell’aria esterna tantissima energia sotto forma termica che, non solo potrebbe essere recuperata, ma ha un enorme impatto proprio dal punto di vista dell’innalzamento delle temperature. E i data center ci possono servire proprio perché l’entità del problema è talmente grande da impattare come decine, centinaia di migliaia di split distribuiti in modo diffuso che difficilmente possono essere inseriti in un progetto sistemico di recupero di calore. Però, se pensiamo che un data center da dieci megawatt ha un impatto come quello appunto di questa enorme quantità di split, effettivamente se riuscissimo a governare la heat rejection con soluzioni interessanti potremmo veramente cambiare lo scenario».

Questo più che un diverso approccio è un vero e proprio cambiamento di paradigma, non crede?

«Esatto, non si può pensare di accumulare l’energia solo sotto forma elettrica, perché le batterie associate al fotovoltaico purtroppo sono ancora molto costose e oltretutto hanno anch’esse un impatto significativo sull’ambiente, mentre, è molto più semplice dal punto di vista anche industriale grazie a tecnologie consolidate cominciare a ragionare in termini di accumulo termico, proprio in relazione anche al recupero di calore. I progetti ovviamente sono più complessi rispetto a quelli canonici: ci sono anche studi che stanno cominciando a ipotizzare il fatto che si accumula del calore, magari durante l’estate, quando non c’è il fabbisogno legato al riscaldamento per utilizzarlo poi nel l’inverno successivo».

Una prospettiva decisamente innovativa, che sfida e intriga anche sotto il profilo organizzativo…

«Ovviamente parliamo di grandi accumuli, ma, in generale, e senza arrivare a questi limiti, proprio il fatto di accumulare energia termica o frigorifera nel momento in cui viene prodotta come sottoprodotto di un processo e che non può essere sfruttata nel momento stesso ma per un utilizzo successivo crea una nuova dimensione: il recupero di calore deve essere coniugato e pensato sotto in relazione in sinergia con l’accumulo, per ovviare alla non contemporaneità tra la produzione del calore e la sua effettiva richiesta».

Diventa necessario pensare fuori dagli schemi?

«Senza farne una questione di filosofia progettuale, serve inventiva, serve apertura, serve passione nella ricerca di soluzioni, fattori che sono andati scemando in ragione di una standardizzazione impiantistica che oggi non è più applicabile se vogliamo raggiungere risultati di qualità sia nella performance sia nell’efficienza. Stiamo parlando di una nuova maniera di pensare l’impianto, di costruirlo, di collegare le funzioni di differenti elementi di produzione di energia termica e questo richiede sì competenza e rigore applicativo, ma anche una “creatività” che sia capace di collegare le diverse funzioni che vengono attribuite ai sistemi di utilizzo del circuito frigorifero, connettendo produzione di caldo, di freddo, utilizzo di caldo e di freddo, gestione degli accumuli di energia termica. Una prospettiva impegnativa, ma che rende affascinante e sfidante il lavoro del futuro, non solo quello del progettista, ma anche di tutti i soggetti che implementano le idee condivise da committente e progettista».