energy & pumps
di N. Labanca
Circolatori per sistemi
di riscaldamento ad alta
efficienza energetica
Il progetto Energy+ Pumps
N
ell’Europa a 27 il consumo dei circolatori per i sistemi di riscaldamento nel settore domestico ammonta a più di 50 TWh l’anno.
Questo consumo è da attribuire a più di 100 milioni di circolatori installati nelle abitazioni, la maggior parte dei quali con una potenza inferiore ai 250W. Questi circolatori sono responsabili di una spesa per le
famiglie europee compresa tra il 5 e il 10% della loro bolletta elettrica.
L’energia da essi utilizzata corrisponde a circa il 2% del consumo elettrico complessivo europeo ed è causa di emissioni di CO2 per circa 30
milioni di tonnellate l’anno. I circolatori tipicamente impiegati per i sistemi di riscaldamento domestici dell’Unione Europea sono caratterizzati da una potenza d’ingresso compresa tra 80 e 100 Watt.
Numerosi studi dimostrano tuttavia che tali potenze sono di gran lunga superiori al necessario1. Gli installatori tendono infatti a installare
circolatori troppo grandi nel timore di ricevere lamentele dai loro clienti in caso di malfunzionamenti dovuti a circolatori sottodimensionati,
ma non sono gli installatori a dover pagare la bolletta per l’elettricità
consumata. Il bilanciamento idraulico dei sistemi di riscaldamento è
pure importante per il corretto dimensionamento di questi apparecchi:
un corretto bilanciamento assicura infatti la stessa fornitura di calore a
tutti i radiatori, mentre in caso di una fornitura “sbilanciata” è necessaria una pompa di maggiori dimensioni per evitare scompensi. Sfortunatamente un corretto bilanciamento idraulico è realizzato raramente; se così non fosse 35 W di potenza di ingresso sarebbero mediamente sufficienti nelle abitazioni dell’UE.
Da qualche anno sono tuttavia disponibili sul mercato pompe di circolazione di nuova generazione con motori a commutazione elettronica.
Se queste nuove pompe ad altissima efficienza energetica diventassero il nuovo standard di riferimento per i circolatori, si potrebbe raggiungere una riduzione dei consumi elettrici per questa applicazione
pari a circa il 60% dei livelli di consumo attuale, corrispondenti a circa 30 TWh l’anno. Le migliori prestazioni di questi sistemi sono dovute a motori a commutazione elettronica (quasi sempre a magneti permanenti) che nei circolatori di piccole dimensioni raggiungono
un’efficienza del 60-80% contro un’efficienza del 50% ottenuta dai
motori asincroni “convenzionali”. Se a questo si aggiunge un miglioramento nel design della girante delle pompe, l’efficienza idraulica può
passare mediamente dal 35% al 60%. Grazie alla combinazione di
queste due misure i motori a commutazione elettronica raggiungono
un’efficienza complessiva di circa il 40% mentre l’efficienza dei circolatori con motori asincroni varia mediamente tra il 5 e il 24%. I nuovi
modelli di circolatori ad alta efficienza energetica furono sviluppati per
la prima volta nel 2000 dal produttore svizzero Biral e furono messi sul
FIGURA 1 - Potenza d’ingresso tipica
di varie tipologie di circolatori in Europa
mercato dopo breve tempo. Durante il primo anno di vendita questi
nuovi modelli non ebbero molto successo in quanto vittima di un circolo vizioso dovuto ad alti prezzi iniziali e bassi numeri di produzione.
Per questo motivo Biral è rimasto per un certo tempo il solo produrre
ad avere introdotto la nuova tecnologia per circolatori sul mercato delle abitazioni mono e bifamiliari e degli appartamenti. Soltanto
nell’autunno del 2005 Grundfos e Wilo, leader del mercato europeo
dei circolatori, hanno immesso sul mercato circolatori simili. Il prezzo
dei loro modelli per il cliente finale è ancora alto (circa 300 euro) ma
molto più accessibile che in passato.
Sebbene alcune delle condizioni necessarie per l’introduzione sul mercato europeo di queste nuove tecnologie siano oggi soddisfatte, continuano a essere presenti molti ostacoli a una loro larga diffusione. Le barriere di mercato attuali sono, per esempio, l’alto prezzo di vendita dei
circolatori, dovuto, tra l’altro, al basso numero di modelli prodotti e lo
scarso interesse dei potenziali acquirenti, causato attualmente dal fatto
che sono gli installatori o addirittura i produttori di caldaie a scegliere i
circolatori per i sistemi di riscaldamento e non i clienti finali. Un’altra
barriera di mercato esistente è la strategia di vendita al cliente finale
spesso basata esclusivamente sul prezzo di vendita del prodotto e non
anche sulle sue prestazioni energetiche. Da questo punto di vista il mercato dei circolatori di media potenza (vale a dire con una potenza di
input compresa tra 200 e 400 Watt) per uffici e grandi edifici in genere è notevolmente diverso. In questo caso i grandi produttori hanno infatti tipicamente immesso sul mercato un’ampia gamma di motori a com1
Ing. Nicola Labanca, Politecnico di Milano, Dipartimento di Energia - eERG (enduse Efficiency Research Group, Gruppo di ricerca sull’efficienza negli usi finali
dell’energia - www.eerg.it)
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Si veda, ad esempio Nipkow J. Klein-Umwälzpumpe mit hohem Wirkungsgrad. Bundesamt für Energiewirtschaft, 1994 oppure Wolff D., Jagnow K.
OPTIMUS –Optimal Energie nutzen, Technische Optimierung und Energieeinsparung. Deutsche Bundesstiftung Umwelt 2005.
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mutazione elettronica. Questa differenziazione dipende dal fatto che gli
acquirenti istituzionali di questo mercato scelgono direttamente le pompe da installare, sono abituati a effettuare le loro scelte sulla base di valutazioni economiche di medio e lungo periodo e sono quindi più aperti
a scelte innovative rispetto agli utenti del settore domestico.
Il progetto Energy+ Pumps
Il progetto Energy+ Pumps ha preso il via nel gennaio del 2006 sotto
gli auspici della Commissione Europea che finanzia parzialmente
l’iniziativa all’interno del programma Intelligent Energy Europe2. Prendono parte al progetto 11 istituti di ricerca ed agenzie per l’energia di
10 paesi Europei (l’Italia è rappresentata da eERG, Gruppo di Ricerca
sull’Efficienza negli Usi Finali dell’Energia del Politecnico di Milano).
L’obiettivo di breve termine del progetto è stimolare l’introduzione sul
mercato di un maggior numero di circolatori ad alta efficienza, sostenendo una loro rapida diffusione e riducendo così il loro prezzo grazie a effetti di scala. L’obiettivo di lungo termine è operare una trasformazione di mercato per fare delle nuove tecnologie lo standard di
riferimento con un prezzo vicino a quello delle pompe attuali (cosa questa che dovrebbe essere resa possibile dall’impiego di pompe più piccole che richiedono quindi meno materiale e dalla continua diminuzione dei costi dei sistemi di controllo).
Per raggiungere questi obiettivi il consorzio di ricerca partecipante
all’iniziativa si avvale della metodologia dell’approvvigionamento cooperativo (co-operative procurement), che è già stata utilizzata con successo nel corso di un primo progetto europeo Energy+ rivolto a frigoriferi e congelatori ad alta efficienza e cofinanziato dalla Commissione Europea attraverso il programma SAVE3. La metodologia punta a
TABELLA 1 - SPECIFICHE ENERGY+
ed etichettatura Europump
Il progetto Energy+ si rivolge a circolatori per piccoli impianti di riscaldamento con un potenza non superiore ai 300 Watt impiegati in appartamenti e abitazioni monofamiliari. L’efficienza energetica dei singoli circolatori è definita impiegando le curve di carico e la classificazione del
sistema di etichettatura Europump (l’efficienza minimi richiesta corrisponde infatti alla classe A dell’etichetta Europump). Unità di riscaldamento
quali caldaie a gas e a gasolio, sottostazioni di teleriscaldamento e pompe di calore ad alta efficienza sono pure promosse dal progetto.
L’efficienza minima richiesta in questi casi riguarda sia l’efficienza termica dell’unità complessiva sia l’efficienza energetica del circolatore. Le caldaie a gas e a gasolio devono essere a condensazione. La resistenza idraulica interna di un boiler a condensazione a portata nominale deve essere
inferiore ai 50 mbar per evitare un regime di circolazione forzata
all’interno del boiler. Per quanto riguarda il circolatore, il produttore deve
dichiarare che le prestazioni del circolatore (sia esso integrato o non
nell’unità) risulterebbero della classe A Europump se verificate sul circolatore in condizioni stand-alone.
Europump, “Associazione Europea dei Produttori di Pompe“, ha proposto l’introduzione di una etichetta energetica per i circolatori simile
all’etichetta energetica impiegata per gli elettrodomestici nello stesso
momento in cui modelli di circolatori ad alta efficienza energetica sono
stati immessi sul mercato. Questa etichetta può servire da strumento di
marketing per gli installatori e, in generale, per la promozione dei modelli efficienti di classe A. Il sistema di etichettatura Europump funziona tuttavia solo su base volontaria e solo i nuovi modelli di circolatori sono etichettati. Inoltre esso riguarda esclusivamente i circolatori stand-alone (i
modelli integrati nelle unità di riscaldamento sono pertanto esclusi).
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FIGURA 2 - Etichetta energetica Europump( EEI è l’Indice di
Efficienza Energetica calcolato secondo gli standard e le formule
descritte in: “Europump Industry commitment to improve the
energy performance of Stand-Alone Circulators, 2005”)
raggruppare acquirenti istituzionali di pompe per circolatori ad alta
efficienza, come aziende di costruzione o di gestione di case popolari, acquirenti intermedi quali produttori di caldaie, installatori e loro
associazioni, e produttori di pompe con lo scopo di:
- rendere visibile ai produttori una concreta possibilità di sviluppo del
mercato tale da giustificare l’inizio della produzione su larga scala
di modelli ad alta efficienza;
- convincere installatori e produttori di caldaie dell’esistenza di una
domanda sensibile ai benefici delle nuove pompe;
- informare gli acquirenti dei benefici portati dalla nuova tecnologia
e creare fiducia in un’offerta a prezzi accessibili.
L’idea di massima è quella di mettere in contatto i partecipanti al processo di approvvigionamento co-operativo rendendoli consapevoli dei
benefici connessi all’adozione di tecnologie a basso consumo attraverso le seguenti azioni:
- sottoscrizione di una dichiarazione di partecipazione da parte di
potenziali acquirenti istituzionali interessati a investire sui prodotti
efficienti Energy+;
- sottoscrizione di una dichiarazione di partecipazione di sostenitori
quali agenzie per l’energia nazionali, regionali e locali; organizzazioni per la salvaguardia dell’ambiente e la tutela dei consumatori,
aziende energetiche;
- sviluppo di specifiche e di liste di prodotti Energy+ per la promozione
delle tecnologie ad alta efficienza da parte del consorzio di progetto;
- regolare aggiornamento e pubblicazione sul sito web del progetto
delle liste di prodotti che soddisfano le specifiche Energy+;
- organizzazione di un concorso a premi europeo Energy+ per i
migliori prodotti e la migliore campagna promozionale;
- attività di divulgazione intraprese a livello europeo e nazionale dal
consorzio di progetto e dai sostenitori;
- stimolazione di azioni di promozione da parte dei sostenitori Energy+;
- formazione degli installatori al fine di rendere note le nuove tecnologie e i loro vantaggi.
L’efficacia del processo di trasformazione del mercato messo in atto
attraverso il progetto Energy+ è principalmente dovuta al fatto che esso
prevede azioni di promozione e diffusione da intraprendersi sia a livel2
3
Il sito web del progetto è disponibile all’indirizzo www.energypluspumps.eu
Si veda STEM, Energy+: aggregated purchase of energy efficient refrigeratorfreezers ar European level. EU SAVE project 2001 oppure SenterNovem, 2E+:
Procurement on very efficient white goods. EU SAVE project 2005.
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lo nazionale e regionale,
sia a livello europeo,
attraverso il coinvolgimento dei principali attori interessati. Il mercato
dei circolatori per sistemi
di riscaldamento è infatti
un mercato europeo, nel
senso che i produttori
coinvolti agiscono ormai
su scala internazionale e
hanno interesse a promuovere soprattutto nuovi prodotti che possano
affermarsi a questo livello. L’opportunità di conBiral
tribuire a operare una
trasformazione di mer- FIGURA 3 - Modelli di circolatori ad alta
cato a livello europeo
offerta dal progetto Energy+ costituisce pertanto
oggetto di sicuro interesse sia per i diversi attori
che agiscono su questo mercato, sia per i diversi
enti istituzionali e associazioni che operano in
campo ambientale a livello nazionale e internazionale. È principalmente questo fatto che, come
accaduto nel caso del processo di approvvigionamento co-operativo messo in atto per la prima
volta per i frigoriferi e i congelatori del settore
domestico venduti in Europa, ha garantito il successo di questa iniziativa.
Nel marzo 2008 il consorzio di progetto ha organizzato l’Energy+ Award 2008, un concorso a
premi dedicato alle migliori tecnologie europee
per le pompe di circolazione ad alta efficienza
energetica. I premi sono stati riconosciuti ai
migliori circolatori ad alta efficienza di tre diverse categorie di portata e al boiler a condensazione a più alto risparmio energetico. Un premio
è stato inoltre assegnato alla campagna per la
promozione di questi prodotti risultata essere più
innovativa ed efficace. Per la categoria circolatori sono stati premiati i modelli Grundfos Alpha2
25-40, Grundfos Alpha2 25-50 e WILO Stratos 25/1-6. Il vincitore
per la categoria boiler a condensazione è risultato il modello Solvis
Max Gas Pur 356-20. Questi prodotti sono stati selezionati da una giu-
Tabella 1 - Caratteristiche
dei 6 modelli sottoposti a verifica
4
N.
Marchio
Tipologia
Intervallo di portata
1
2
3
4
5
6
Grundfos
Wilo
Grundfos
Wilo
Grundfos
Wilo
Alpha 2 25-40
Stratos ECO 25/1-3
Alpha 2 25-50
Stratos ECO 25/1-5
Magna 25-60
Stratos 25/1-6
0-1.85 m³/h
0-1.85 m³/h
1.86-2.35 m³/h
1.86-2.35 m³/h
> 2.36 m³/h
> 2.36 m³/h
Si è stimato che in Europa i tempi di ritorno dell’investimento costituito dall’acquisto di un circolatore ad alta efficienza energetica sono di due-tre anni.
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Grundfos
Wilo
efficienza energetica
ria di esperti internazionali anche in
base alla loro facilità di impiego e di
installazione. Dato l’aumento dei
prezzi dell’elettricità, l’extra costo di
questi modelli viene ripagato in tempi
relativamente brevi4. Il premio per la
migliore campagna promozionale è
stato attribuito al programma di consulenza “HeizungsCheck” per il controllo e l’eventuale sostituzione di circolatori in abitazioni domestiche
monofamiliari. Il programma è stato
organizzato dal governo regionale di
Salisburgo, dall’azienda Salzburg
AG e dall’associazione degli idraulici
di Salisburgo. Le cerimonia di premiazione si è svolta nell’ambito della
fiera internazionale “Mostra convegno” tenutasi a Milano
Quando il progetto è stato concepito i
modelli disponibili sul mercato erano
soltanto due, mentre a dicembre 2008
26 modelli di 8 differenti produttori
erano già inseriti nelle liste dei prodotti Energy+. Il team di progetto è
riuscito a riunire 26 organizzazioni sostenitrici e 40 acquirenti istituzionali e sta attualmente svolgendo un’analisi dei cambiamenti di mercato verificatisi nel periodo di durata dell’iniziativa. L’attendibilità delle informazioni fornite dai produttori circa le prestazioni dei loro modelli è stata verificata acquistando sul mercato due modelli di pompa ad
alta efficienza (classe A secondo lo schema Europump) in tre distinti
intervalli di portata. Le caratteristiche dei 6 modelli sottoposti a verifica sono riportate nella Tabella 1. I test hanno confermato che tutte le
pompe sottoposte a verifica sono effettivamente di classe A. Il loro indice di efficienza energetica è infatti risultato inferiore al valore 0,4 (limite massimo stabilito per l’appartenenza alla classe A) e assai prossimo
al valore dichiarato dai produttori.
Bisogna specificare che la verifica sull’indice di efficienza energetica è
stata effettuata svolgendo i cicli di test definiti dall’associazione Europump e, come tale, non costituisce né una valutazione dell’appropriatezza degli intervalli di variazione considerati per definire le diverse
classi di efficienza energetica riportate sull’etichetta, né un valutazione dell’appropriatezza degli stessi cicli di test impiegati.
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