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Le pompe di calore per il riscaldamento di immobili privati sono ormai consolidate e stanno diventando sempre più importanti nell'industria e nel commercio.
Ha le dimensioni di un campo da calcio, può generare 150 tonnellate di vapore all'ora e consente di risparmiare 390.000 tonnellate di CO2 all'anno. Queste sono le caratteristiche principali di una delle pompe di calore industriali più grandi del mondo, che il gigante chimico BASF ha in programma di costruire nel suo sito di Ludwigshafen in collaborazione con MAN Energy Solutions. Nell'industria chimica, infatti, nulla funziona senza vapore, che viene utilizzato, tra l'altro, per l'essiccazione dei prodotti, il riscaldamento dei reattori o la distillazione. Solo BASF ne richiede circa 20 milioni di tonnellate all'anno nella sua sede centrale, una parte delle quali la pompa di calore di grandi dimensioni che si sta progettando è destinata a generare utilizzando elettricità da fonti rinnovabili e il calore di scarto del sistema di raffreddamento dell'acqua.
Le dimensioni del progetto sono straordinarie, ma le pompe di calore nell'industria e nel commercio, in generale, non sono più eccezionali. Sebbene il numero esatto di dispositivi in uso in Germania in questo settore sia ancora in fase di valutazione da parte dell'Associazione tedesca delle pompe di calore sulla base di un sondaggio per il 2022, una cosa è già chiara: le pompe di calore offrono un enorme potenziale per il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici e per la generazione di calore di processo.
È proprio quest'ultimo aspetto a rendere le pompe di calore così interessanti per l'industria. Secondo l'Istituto Fraunhofer per i sistemi di energia solare ISE, nel 2018 è stato utilizzato circa un quinto del fabbisogno energetico finale della Germania per il calore di processo, che comprende il vapore utilizzato presso BASF. La maggior parte di questo calore è generato dalla combustione di combustibili fossili. Dal punto di vista della protezione del clima, è necessario passare alla generazione di calore utilizzando elettricità da energie rinnovabili. Secondo l'Istituto Fraunhofer, le pompe di calore possono generare le temperature necessarie, che sono adatte alla maggior parte dei processi e vanno da meno di 150 gradi Celsius, con buone efficienze, fornendo costantemente calore di processo in grandi classi di potenza.
Un esempio da Pocking, in Baviera, illustra cosa può fare una pompa di calore ad acqua in termini di riscaldamento e raffreddamento su larga scala: La locale serra dell'Inntal, dopo la costruzione di uno stabilimento e di un centro logistico di oltre 30.000 metri quadrati, è una delle più grandi operazioni di questo tipo nella regione. Una pompa di calore di grandi dimensioni, che sfrutta l'alto livello delle acque sotterranee grazie alla vicinanza all'Inn, garantisce un riscaldamento efficiente dal punto di vista energetico. L'impianto, con una capacità di 1.560 kW, alimenta il riscaldamento a pavimento delle serre - sono possibili temperature fino a 35 gradi Celsius e l'80% del fabbisogno energetico è coperto dall'acqua di falda. Poiché le piante non devono riscaldarsi troppo, la pompa di calore può restituire il calore in eccesso all'acqua di falda utilizzando la sua funzione di raffreddamento, per la quale è necessaria solo una pompa di circolazione (si veda anche il riquadro sulla funzione di raffreddamento delle pompe di calore).
La Deutsche Bahn, nel quartiere Nippes di Colonia, ha fatto uno sforzo in più: su un'area di oltre 22.000 metri quadrati si trova il primo impianto di manutenzione ICE a zero emissioni di CO2, dove ogni notte possono essere revisionati fino a 16 treni a lunga percorrenza. Tre grandi pompe di calore, alimentate da un impianto fotovoltaico di 2.100 metri quadrati, provvedono al riscaldamento climatico dell'area e dei suoi edifici, con una potenza complessiva di 4,9 MW. L'acqua calda è fornita da un impianto solare termico con una capacità di 100 kW. Nel complesso, la combinazione di diverse tecnologie consente di risparmiare oltre 1.000 tonnellate di emissioni di anidride carbonica all'anno.
Che si tratti di una società, di una media impresa o di una piccola azienda, le imprese che vogliono utilizzare le pompe di calore devono rispettare i requisiti di legge. Questi variano a seconda che la fonte di calore sia il terreno, l'aria o l'acqua. Anche i requisiti delle autorità statali competenti possono variare. Questo vale in particolare per la perforazione del terreno; pertanto, un'indagine precisa sui permessi necessari dovrebbe essere uno dei primi passi nella pianificazione dell'impianto - come bonus, lo Stato offre (ancora) sovvenzioni relativamente alte per lo sviluppo dell'energia geotermica per le pompe di calore.
Per i dispositivi che utilizzano l'acqua come fonte di calore, è necessaria un'analisi preventiva dell'acqua e la perforazione è ovviamente soggetta ad approvazione. Sono possibili anche consistenti sovvenzioni finanziarie da parte del governo federale. Fanno eccezione le pompe di calore ad aria, che non richiedono permessi speciali. Tuttavia, devono essere rispettate le norme di legge per la protezione dal rumore, poiché i dispositivi aspirano l'aria utilizzando grandi ventilatori: alla BASF di Ludwigshafen sarebbero probabilmente contenti di affrontare solo sfide relativamente piccole.
Il nome potrebbe non suggerirlo, ma le pompe di calore possono anche raffreddare. Questo può essere fondamentale in contesti industriali quando le funzioni centrali sono sensibili alla temperatura: un esempio sono i grandi server che generano molto calore nell'edificio e non devono surriscaldarsi.
Normalmente, in modalità riscaldamento, una pompa di calore assorbe il calore dall'aria, dall'acqua o dal terreno e lo trasferisce a un refrigerante in circolazione, che poi vaporizza. Un compressore comprime il gas, rendendolo caldo. Il refrigerante viene quindi condensato e rilascia il calore, ad esempio, all'acqua nei tubi di riscaldamento. In modalità di raffreddamento, questo processo si svolge al contrario: la pompa di calore assorbe il calore dall'edificio e lo rilascia nell'aria circostante. Poiché il compressore è in funzione, si parla di raffreddamento attivo.
Nel raffrescamento passivo non è necessario alcun compressore e il calore dell'edificio viene semplicemente convogliato nel terreno più fresco grazie a una pompa di circolazione. Il grande vantaggio di questa variante è che il terreno può immagazzinare parzialmente il calore dissipato, rendendolo disponibile alla pompa di calore per il riscaldamento.