Autore: reparto tecnico Mycond
La riduzione dell’impronta di carbonio sta diventando critica per tutti i settori, inclusi i sistemi di climatizzazione e deumidificazione dell’aria. Ingegneri e progettisti si confrontano sempre più spesso con la necessità di valutare e minimizzare le emissioni di CO₂ delle apparecchiature per il controllo dell’umidità. Questo articolo presenta una metodologia completa per valutare l’impronta di carbonio dei sistemi di deumidificazione, tenendo conto della loro integrazione con il sistema HVAC complessivo dell’edificio.
Natura termodinamica delle emissioni di CO₂ nei processi di rimozione dell’umidità
La base fisica delle emissioni di CO₂ nella deumidificazione dell’aria è legata all’energia richiesta dai processi di rimozione dell’umidità. Il parametro chiave è il calore latente di vaporizzazione, che dipende dalla temperatura ed è definito dalla formula: calore di vaporizzazione = 2501 - 2,38 × temperatura (kJ/kg). Questa energia stabilisce il minimo costo termodinamico per la rimozione dell’umidità.
La conversione dei consumi energetici in emissioni di CO₂ avviene attraverso il fattore di conversione dell’energia primaria, che per la rete elettrica è di solito compreso tra 2,0 e 3,0, mentre per il gas tra 1,1 e 1,3, e tramite l’intensità di carbonio dell’elettricità (g CO₂/kWh). È importante distinguere tra il consumo energetico diretto dell’apparecchiatura e l’impatto indiretto sul sistema HVAC principale. Ignorare l’influenza dei deumidificatori su chiller e caldaie porta a un errore del 40-80% nella valutazione delle emissioni totali.
Profilo energetico e di carbonio della deumidificazione a condensazione
Il metodo a condensazione si basa sul ciclo termodinamico di una macchina frigorifera. L’efficienza del processo dipende dal coefficiente di prestazione (COP), che varia nel campo di temperatura dell’aria da +5 a +35°C. Il consumo energetico specifico (E(specifico)) si calcola come rapporto tra la potenza elettrica (P(elettrica)) e la capacità di asportazione di umidità (G(umidità)).
Un aspetto importante è la cessione del calore del condensatore all’ambiente, pari alla somma del calore di evaporazione e della potenza elettrica. Questo calore crea un carico aggiuntivo sul sistema di raffrescamento dell’edificio, generando emissioni indirette. Occorre considerare anche le emissioni dirette del refrigerante, calcolate come prodotto tra la massa delle perdite e il potenziale di riscaldamento globale del refrigerante.
Profilo energetico e di carbonio della deumidificazione ad adsorbimento
La deumidificazione ad adsorbimento comprende i processi di adsorbimento (riduzione della pressione parziale, assorbimento di umidità, riscaldamento dell’adsorbente per il calore di bagnatura) e di rigenerazione (riscaldamento dell’aria a 120-180°C, desorbimento, raffreddamento). Il consumo energetico specifico per la rigenerazione considera il riscaldamento dell’aria, il calore di desorbimento e l’efficienza del recupero.
Le fonti energetiche per la rigenerazione possono essere resistenza elettrica, bruciatore a gas, acqua calda o vapore, ciascuna con la propria intensità di carbonio. In esercizio emergono ulteriori perdite di carico e carichi sui ventilatori, che incidono anch’essi sull’impronta di carbonio complessiva.
Profilo energetico e di carbonio della deumidificazione per ventilazione
Il metodo ventilativo si basa sulla sostituzione dell’aria interna con aria esterna, a condizione che il contenuto di umidità dell’aria esterna sia inferiore a quello interno. La disponibilità climatica del metodo si determina analizzando i dati orari e la quota di ore annue in cui tale condizione è soddisfatta.
I consumi energetici includono i costi per il trattamento termico dell’aria di rinnovo (riscaldamento in inverno e raffrescamento in estate). Il recupero di calore riduce il carico in proporzione all’efficienza di recupero, generalmente compresa tra 0,5 e 0,85. Nel confronto con la deumidificazione meccanica, è importante definire la soglia di convenienza economica in funzione delle condizioni climatiche.
Algoritmo di scelta della tecnologia secondo il criterio delle emissioni minime di CO₂
La metodologia di scelta della tecnologia ottimale comprende i seguenti passaggi:
- Determinazione della capacità annua di asportazione dell’umidità dal bilancio igrometrico
- Calcolo del consumo energetico specifico per ciascuna tecnologia
- Considerazione dell’impatto sul sistema HVAC principale
- Moltiplicazione per il fattore di conversione e per l’intensità di carbonio
- Aggiunta delle emissioni dirette del refrigerante
- Confronto delle tecnologie in base alle emissioni complessive
Per scegliere la tecnologia ottimale è necessario considerare condizioni limite: se la temperatura dell’aria è inferiore a 15°C, la deumidificazione ad adsorbimento è preferibile; se il contenuto di umidità dell’aria esterna è inferiore a quello interno per oltre 4000 ore all’anno, il metodo ventilativo è preferibile; se è presente un utilizzatore di calore a bassa temperatura, la deumidificazione a condensazione con recupero è preferibile.
Recupero del calore di condensazione: calcolo del potenziale di riduzione delle emissioni
Il calore disponibile per l’utilizzo nella deumidificazione a condensazione si calcola come Q(recupero) = G(umidità) × r + P(elettrica), dove G(umidità) è la capacità di asportazione dell’umidità, r è il calore di vaporizzazione e P(elettrica) è la potenza elettrica. Questo calore può essere utilizzato per l’acqua calda sanitaria (con preriscaldo a 50-60°C), piscine (26-28°C), riscaldamento ad aria o processi tecnologici.
Il potenziale termico di recupero è determinato dalla temperatura di condensazione, che è tipicamente compresa tra 40 e 55°C per deumidificazione a +20°C. L’efficienza dello scambiatore di calore considera una differenza minima di temperatura di 3-5 K. La soglia di convenienza economica del recupero ha in genere un tempo di ritorno compreso tra 2 e 7 anni, a seconda delle condizioni operative.
Metodologia di calcolo dell’impronta di carbonio totale del sistema di deumidificazione: metodologia TEWI
Il Total Equivalent Warming Impact (TEWI) per i sistemi a condensazione include:
- Emissioni dirette dovute alle perdite di refrigerante durante la vita utile
- Emissioni dai residui di refrigerante alla fine della vita utile
- Emissioni indirette dovute ai consumi energetici durante la vita utile
Per confini di sistema estesi si considera anche l’impatto su chiller e caldaie. Nel confronto tra tecnologie, si utilizza la normalizzazione a chilogrammi di CO₂ equivalente per chilogrammo di umidità rimossa o per metro quadrato di superficie all’anno.
Integrazione con fonti rinnovabili: calcolo della riduzione dell’impronta di carbonio
Per ridurre l’impronta di carbonio, i sistemi di deumidificazione possono essere integrati con fonti rinnovabili. Le pompe di calore per la rigenerazione dell’adsorbente hanno COP compresi tra 2,0 e 3,5 per temperature di rigenerazione tra 120 e 140°C. I collettori solari per la rigenerazione richiedono il calcolo della superficie necessaria in funzione dell’insolazione e dell’efficienza del collettore.
I sistemi fotovoltaici per i deumidificatori a condensazione consentono di calcolare la quota di copertura del carico come rapporto tra l’energia annua generata (potenza dell’impianto × ore di generazione) e il consumo energetico annuo. È importante considerare non solo la riduzione delle emissioni operative, ma anche le emissioni legate alla produzione delle stesse apparecchiature.
Influenza dell’intensità di carbonio della rete energetica sulla scelta tecnologica
L’intensità di carbonio dell’elettricità varia notevolmente a seconda della regione: da 50 g CO₂/kWh (Norvegia, Svezia) a 800 g CO₂/kWh (Polonia). Questa variabilità influisce in modo significativo sulla scelta della tecnologia di deumidificazione ottimale.
Nelle aree con bassa intensità di carbonio dell’elettricità (100 g CO₂/kWh) i deumidificatori a condensazione con COP elevato possono essere preferibili, mentre con intensità elevate (700 g CO₂/kWh) i deumidificatori ad adsorbimento con rigenerazione a gas sono spesso più vantaggiosi dal punto di vista ambientale. È importante considerare anche la tendenza alla decarbonizzazione delle reti elettriche, che può modificare la scelta ottimale nel lungo periodo.
Requisiti normativi e sistemi di certificazione ambientale degli edifici
La Direttiva sulla prestazione energetica nell’edilizia (EPBD) stabilisce i requisiti per gli edifici a energia quasi zero (nZEB). Il Regolamento sui gas fluorurati 517/2014 limita l’uso di refrigeranti con potenziale di riscaldamento globale superiore a 2500 (dal 2020) e superiore a 150 (dal 2025).
I sistemi di certificazione BREEAM, LEED e DGNB includono la valutazione dell’efficienza energetica e delle emissioni dei sistemi HVAC, inclusi i deumidificatori. La metodologia TEWI è utilizzata in tali certificazioni per una valutazione completa dell’impatto ambientale dei sistemi.
Errori ingegneristici tipici e convinzioni errate
Nella valutazione dell’impronta di carbonio dei sistemi di deumidificazione si riscontrano spesso i seguenti errori:
- Confronto delle tecnologie esclusivamente sul consumo energetico diretto senza considerare l’impatto sul sistema HVAC
- Applicazione di un valore universale dell’intensità di carbonio senza considerare il mix locale di generazione (errore fino al 400%)
- Ignorare le emissioni dirette del refrigerante
- Sovrastima del potenziale di recupero senza calcolare il reale utilizzatore e l’allineamento termico
- Mancata considerazione della degradazione dell’efficienza durante la vita utile
Limiti di applicabilità delle metodologie e condizioni di inefficacia degli approcci
Le metodologie di valutazione dell’impronta di carbonio hanno i propri limiti, in particolare:
- La deumidificazione a condensazione è inefficiente a temperature inferiori a +5°C, quando il COP scende sotto 1,5
- Il metodo ventilativo è efficace solo quando il contenuto di umidità dell’aria esterna è inferiore a quello interno, condizione non realizzabile in climi umidi
- Il recupero di calore non è economicamente giustificato per capacità inferiori a 50 kg/giorno a causa degli elevati costi di capitale
- La rigenerazione solare ha efficacia limitata nell’Europa settentrionale (latitudine superiore a 55°), dove l’insolazione è inferiore a 1 kWh/m² al giorno
Domande frequenti
Quale tecnologia di deumidificazione ha la minore impronta di carbonio?
Non esiste una tecnologia universalmente ottimale: la scelta dipende dalle condizioni specifiche. Per regioni con bassa intensità di carbonio dell’elettricità e temperature superiori a 15°C, la deumidificazione a condensazione con recupero ha spesso l’impronta minore. In climi freddi con elevata intensità di carbonio dell’elettricità, la deumidificazione ad adsorbimento con rigenerazione a gas può essere l’opzione migliore.
Come si calcola l’impronta di carbonio di un sistema di deumidificazione?
Utilizzare la metodologia TEWI, che considera le emissioni dirette del refrigerante e le emissioni indirette dovute ai consumi energetici. È fondamentale includere l’impatto sul sistema HVAC principale e usare il valore aggiornato dell’intensità di carbonio per la regione specifica.
Qual è il ruolo del recupero di calore nella riduzione delle emissioni di CO₂?
Il recupero del calore di condensazione può ridurre l’impronta complessiva del 30-60% in presenza di un utilizzatore costante di calore a bassa temperatura e di un corretto allineamento termico.
Come influisce l’integrazione con le rinnovabili sull’impronta di carbonio dei deumidificatori?
L’integrazione con collettori solari o sistemi fotovoltaici può ridurre le emissioni operative del 40-90% a seconda delle condizioni climatiche, ma è necessario considerare l’impronta di carbonio incorporata degli stessi sistemi rinnovabili.
Come influisce la variazione dell’intensità di carbonio della rete sulla scelta della tecnologia di deumidificazione?
Con una riduzione prevista del 50% dell’intensità di carbonio dell’elettricità entro il 2040, i sistemi a condensazione con elevato COP diventano sempre più interessanti dal punto di vista ambientale, soprattutto in combinazione con pompe di calore.
Conclusioni
La valutazione completa dell’impronta di carbonio dei sistemi di deumidificazione richiede un approccio sistemico che consideri non solo il consumo energetico diretto, ma anche l’impatto sull’intero sistema HVAC dell’edificio. La scelta della tecnologia deve basarsi sull’analisi del Total Equivalent Warming Impact (TEWI), tenendo conto delle condizioni operative specifiche e delle caratteristiche regionali.
Principi chiave per i progettisti:
- Analizzare l’impronta di carbonio nell’ambito dell’intero sistema HVAC, non limitandosi al consumo diretto del deumidificatore
- Utilizzare dati regionali aggiornati sull’intensità di carbonio dei vettori energetici
- Valutare il potenziale di recupero del calore di condensazione considerando utilizzatori reali
- Considerare l’integrazione con fonti di energia rinnovabile
- Tenere conto della variazione dell’efficienza dei sistemi durante la vita utile
L’applicazione di questa metodologia consentirà ai progettisti di scegliere tecnologie di deumidificazione con il minimo impatto climatico e di integrarle con successo nel concept generale di efficienza energetica degli edifici, in linea con i requisiti ambientali moderni.
