Quadro di riferimento

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1 I costi delle fonti rinnovabili termiche nel settore Marco Borgarello Massimo Gallanti Lorenzo Croci Alberto Gelmini Michele Benini RSE residenziale L articolo pone a confronto i costi di sistemi di climatizzazione basati su fonti rinnovabili con i costi di un sistema convenzionale di riferimento, basato su caldaia a condensazione a gas. Quadro di riferimento La Direttiva 2009/28/CE [1] promuove lo sviluppo delle energie rinnovabili in Europa e stabilisce per l Italia l obbligo di assicurare che, entro il 2020, almeno il 17% del consumo finale lordo relativo a tutti gli usi energetici e almeno il 10% dei consumi dei trasporti siano di origine rinnovabile. L Italia, mediante la pubblicazione del Piano di Azione Nazionale per le energie rinnovabili (PAN) [2], ha definito in che modo e secondo quale traiettoria intende conseguire l obiettivo di sviluppo delle fonti rinnovabili al 2020 sopra citato. Il PAN prevede un articolazione dell obiettivo, come disposto dalla Direttiva, nei tre settori di riferimento: produzione di energia elettrica (RES- E), usi termici (RES-H) e trasporti. Per ogni settore è previsto un importante incremento dell impiego di fonti rinnovabili, tuttavia il settore degli usi termici rappresenta la vera grande sfida del Piano: il suo contributo al 2020 (10,5 Mtep) è di entità superiore a quello delle fonti rinnovabili elettriche (8,5 Mtep) e inoltre prevede dinamiche di crescita molto più importanti, partendo da una situazione di riferimento, al 2005, caratterizzata da consumi di poco meno di 2 Mtep (a fronte dei 4,8 Mtep delle fonti elettriche). Se quindi, per conseguire l obiettivo 2020, l impiego delle fonti rinnovabili elettriche deve quasi raddoppiare rispetto al 2005, l impiego delle fonti termiche deve più che quintuplicare 1. A fronte di tale importante sfida, il settore delle RES-H è tuttavia caratterizzato da una serie di peculiarità e di criticità che ne hanno finora ostacolato lo sviluppo. In particolare, il consumo dell energia termica deve avvenire nel luogo in cui essa è prodotta (stante l impossibilità di trasmettere il calore su lunghe distanze, salvo limitati casi relativi a reti di teleriscaldamento) e, quindi, lo sfruttamento delle RES-H deve necessariamente prevedere un forte coinvolgimento dell utenza finale nella gestione della fonte stessa. Tenendo conto che gli utilizzi termici delle fonti rinnovabili interessano il riscaldamento e l acqua calda sanitaria nel settore civile e la generazione di calore di processo per usi industriali, ne deriva che il loro impiego andrà inoltre a sottrarre spazio a fonti energetiche fossili, ampiamente diffuse (per esempio, il gas naturale) e tipicamente caratterizzate da maggior facilità e flessibilità d uso. Tali criticità sono amplificate dall attuale mancanza di un sistema di incentivazione che sia calibrato sulle esigenze degli utenti delle RES-H, che, come nel caso del consumatore domestico, spesso dispongono di risorse economiche limitate (rispetto ad esempio agli investitori nelle RES-E), operano le loro scelte senza una completa conoscenza del settore, sono guidati da sti- 1 Anche tenendo conto della biomassa (legna) che attualmente sfugge ad ogni contabilizzazione, il cui contributo potrebbe essere particolarmente rilevante (dell ordine di 3 Mtep), l incremento dell impiego delle RES-H da conseguire al 2020 rimane comunque molto significativo. L Energia Elettrica 47 maggio-giugno 2011

2 moli emozionali e mostrano una certa inerzia nel modificare i propri comportamenti abituali. Allo stato attuale sono disponibili alcuni meccanismi di sostegno per le RES-H, quali detrazioni e agevolazioni fiscali e Certificati Bianchi, che tuttavia sono stati originariamente predisposti per favorire le tecnologie per l incremento dell efficienza energetica. Ma, proprio perché non calibrati rispetto all utilizzo delle RES-H, tali meccanismi non ne hanno prodotto un significativo sviluppo, come è invece avvenuto per le RES-E. Partendo da questo quadro di riferimento, lo studio propone un approccio metodologico per classificare e quantificare i costi dei sistemi a fonti rinnovabili per il riscaldamento ed il raffrescamento domestico (escludendo i costi, di difficile valutazione, legati alla necessità di cambiamenti comportamentali da parte dell utente): attraverso l analisi di casi tipo di applicazioni di tecnologie per l impiego delle RES-H nel settore residenziale, si valutano i costi che l utente dovrebbe sostenere se decidesse di installare tali tecnologie invece della migliore soluzione tecnologica basata su fonti fossili, assunta come riferimento, ossia la caldaia a condensazione a gas naturale accoppiata con un sistema di distribuzione del calore a fan coil 2 e con condizionatori split per il raffrescamento. Si noti che il confronto verrà effettuato tra sistemi completi per la produzione di calore e di acqua calda sanitaria e per il raffrescamento, relativi ad impianti di nuova costruzione, allo stato dell arte della tecnologia: infatti, non si intende qui valutare la convenienza dell inserimento di singole apparecchiature per lo sfruttamento delle RES-H in impianti convenzionali, magari di vecchio tipo e caratterizzati da bassi rendimenti, che pure potrebbe risultare economicamente conveniente. Nel confronto non si è inoltre tenuto conto dei potenziali costi/benefici ambientali che ne potrebbero derivare, sia per la difficoltà a quantificarli, sia, soprattutto, perché essi non hanno una ricaduta diretta sull utente ma hanno una valenza sociale a più ampio raggio. Gli eventuali maggiori costi dei sistemi a fonti rinnovabili per la climatizzazione domestica così determinati consentono di quantificare gli incentivi minimi da riconoscere per renderli competitivi con le tecnologie di riferimento convenzionali del settore. La domanda di calore e di raffrescamento nel residenziale e le tecnologie RES-H Come illustrato nella parte introduttiva, lo sviluppo delle RES-H deve essere valutato in stretto rapporto con i fabbisogni termici per riscaldamento degli ambienti e per la produzione di acqua calda sanitaria (ACS) nel settore civile e per la fornitura di calore di processo nel comparto industriale. Nell analisi che segue ci si concentrerà sul settore residenziale, prendendo come riferimento, a titolo esemplificativo, il fabbisogno di una famiglia tipo composta da tre persone, che viva in una unità abitativa di circa 110 m 2 e che consumi mediamente 150 litri di ACS al giorno. L abitazione può essere una casa monofamiliare con riscaldamento autonomo, oppure un appartamento di un condominio 3 provvisto di un sistema di riscaldamento e di produzione di ACS centralizzato. Il fabbisogno di riscaldamento dell abitazione dipende dalla zona climatica in cui essa è collocata e dal livello di coibentazione dell unità abitativa stessa: nell analisi svolta si è presa a riferimento un abitazione collocata nella zona climatica E 4, sulla quale siano stati effettuati interventi di ristrutturazione in termini di coibentazione del tetto e delle pareti opache e di dotazione di superfici vetrate a bassa trasmittanza, ottenendo la classe energetica B: si considera quindi una situazione di riferimento di ottimo livello in cui, a tali interventi di incremento dell efficienza energetica, si aggiunge l installazione di un sistema completo e allo stato dell arte per la climatizzazione. Ai fini di un analisi di sensitività, si valuterà anche una situazione meno efficiente, relativa ad un edificio di classe energetica E, con un fabbisogno per riscaldamento circa doppio. Nella tabella 1 sono riportati i fabbisogni di riscaldamento, di ACS e di raffrescamento delle soluzioni abitative considerate, per ciascuna unità immobiliare. 2 Si è deciso di prendere a riferimento un sistema di distribuzione del calore a fan coil, in quanto leggermente meno costoso del pur ampiamente diffuso sistema a pannelli radianti a pavimento. Il sistema a fan coil può inoltre essere utilizzato anche per il raffrescamento (se accoppiato a pompe di calore idrotermiche reversibili). 3 In particolare, si considererà un piccolo condominio da 9 unità abitative. 4 In tale zona sono presenti poco più del 50% dei comuni italiani. L Energia Elettrica 48 maggio-giugno 2011

3 Le tecnologie di produzione del calore che sfruttano le fonti rinnovabili si confronteranno con la caldaia a condensazione con produzione di ACS alimentata a gas naturale, accoppiata con un sistema di distribuzione del calore a bassa temperatura a fan coil: questa è stata considerata come la più efficiente tecnologia basata su fonti fossili, e per tale ragione verrà presa a riferimento. Per quanto riguarda il riscaldamento, le differenti tecnologie che fanno uso di RES-H valutate nello studio sono: pompe di calore (PdC) a compressione elettriche aria/aria (solo per un abitazione unifamiliare), aria/acqua, acqua 5 /acqua; PdC aria/acqua ad assorbimento a gas naturale (solo per un applicazione condominiale centralizzata); caldaie a pellet; stufe ad aria 6 a pellet (solo per un abitazione unifamiliare); camini a legna (solo per un abitazione unifamiliare). Le PdC elettriche e le caldaie a pellet garantiscono il totale fabbisogno di calore per riscaldamento, mentre le stufe ad aria ed i camini sono tipicamente in grado di provvedere al riscaldamento solo di parte dell abitazione (si assume un terzo del fabbisogno complessivo): per tale ragione si è ipotizzato che essi operino ad integrazione di un sistema principale di riscaldamento, dotato di una caldaia a tre stelle a gas naturale con produzione di ACS e di un sistema di distribuzione del calore a radiatori (sistema che assumiamo di accoppiare anche alle caldaie a pellet). Per quanto riguarda invece le PdC ad assorbimento a gas, in ragione della loro taglia minima e di considerazioni economiche, si considerano abbinate a una caldaia a condensazione in grado di fornire la potenza di picco quando le condizioni climatiche lo richiedono. Per la produzione di ACS, si prevede, ad integrazione o in aggiunta all impianto di riscaldamento, l utilizzo delle seguenti tecnologie: collettori solari termici (in particolare, si considererà un sistema di collettori a circolazione forzata, dotato di serbatoio di accumulo e Tabella 1 Fabbisogni termici per ciascuna unità immobiliare delle soluzioni abitative considerate (valori in tep/anno) FABBISOGNO FABBISOGNO FABBISOGNO RISCALDAMENTO ACS RAFFRESCAMENTO Villetta classe B 0,6 (1) 0,18 0,15 Villetta classe E 1,2 0,18 0,15 Condominio classe B 0,39 (2) 0,18 0,15 Condominio classe E 0,78 0,18 0,15 (1) Tipologia villetta (rapporto S/V = 0,9) di classe energetica B in zona climatica E (Fonte [3]). (2) Tipologia piccolo condominio da 9 unità abitative (rapporto S/V = 0,55) di classe energetica B in zona climatica E (Fonte [3]). dimensionato per soddisfare il 70% del fabbisogno di ACS) 7 ; boiler a gas 8 ; serbatoi di accumulo, per consentire la produzione di ACS da parte delle PdC idroniche e delle caldaie a pellet. Le soluzioni impiantistiche basate su fonti rinnovabili considerate per il riscaldamento e per la produzione di ACS sono riportate nella tabella 2 (gli acronimi indicati in tabella verranno usati per identificare le diverse soluzioni nei grafici mostrati nel seguito). Si noti che le PdC ad assorbimento a gas e la caldaia a 3 stelle (nel nostro caso accoppiata ad una stufa ad aria o ad un camino) sono in grado di produrre autonomamente ACS e nel presente studio non sono state accoppiate con le ulteriori tecnologie dedicate specificamente all ACS. Nella tabella 3 sono riportate le caratteristiche tecniche delle soluzioni considerate, ricavate da dati di mercato; la taglia è quella adatta a soddisfare il fabbisogno di calore assunto sia per il riscaldamento che per l ACS, ed è riportata sia per un abitazione unifamiliare, sia per un applicazione condominiale centralizzata (assumendo, come detto, un condominio da 9 unità abitative). Per quanto riguarda il raffrescamento, il sistema di riferimento basato su caldaia a condensa- 5 Acqua di falda o con sonde geotermiche. 6 Esistono anche versioni di stufe hydro che possono essere collegate al sistema di distribuzione del calore: per sintesi, tali opzioni tecnologiche sono state incluse nella voce caldaie a pellet, prevedendo un extra-costo per i necessari collegamenti idraulici. 7 I collettori solari si considerano integrati con l impianto di riscaldamento, in modo che eventuali esuberi di produzione di calore rispetto ai fabbisogni di ACS possano essere utilizzati per il riscaldamento nelle stagioni fredde. 8 Non si è preso in considerazione il boiler elettrico, in quanto soluzione particolarmente inefficiente in termini di utilizzo delle fonti primarie, considerando anche i rendimenti della generazione elettrica. L Energia Elettrica 49 maggio-giugno 2011

4 Tabella 2 Schema riassuntivo delle soluzioni impiantistiche considerate per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria, basate su fonti rinnovabili Caldaia a condensazione CC CC+ST SOLARE BOILER A GAS SERBATOIO TERMICO ST BO DI ACCUMULO SB PdC aria / aria PdCAA PdCAA+BO PdC aria / acqua PdCAH PdCAH+SB PdC acqua di falda / acqua PdCHH PdCHH+SB PdC sonde geotermiche / acqua PdCGH PdCGH+SB PdC assorb. a gas aria / acqua + CC PdCGas+CC Caldaia a pellet CPel CPel+ST CPel+SB Stufa a pellet + caldaia 3 stelle Camino a legna + caldaia 3 stelle SPel+C3S Cam+C3S Tabella 3 Schema riassuntivo delle apparecchiature considerate per riscaldamento e produzione di ACS e delle relative caratteristiche tecniche APPARECCHIATURA TAGLIA UNIFAMILIARE TAGLIA CONDOMINIALE RENDIMENTO O SPF (1) Caldaia a condensazione kw 50 kw 95% Caldaia a 3 stelle kw 50 kw 85% PdC a compressione elettrica (aria/aria, aria/acqua, 4 12 kw 50 kw 3,5 (2) acqua di falda/acqua, sonde geotermiche/acqua) PdC ad assorbimento a gas (+ caldaia a condensazione) - 35 kw (+20 kw) 1,2 (3) Caldaia a pellet 15 kw 50 80% Stufa ad aria a pellet 5 10 kw - 75% Camino a legna 5 10 kw - 70% Collettori solari termici 4 m 2 30 m 2 - Boiler a gas istantaneo / ad accumulo 24 kw / 5 kw - 80% Serbatoio di accumulo per ACS litri litri - (1) Il valore di rendimento o SPF considerato si riferisce a quello stagionale in condizioni di reale di funzionamento e non a quello nominale. (2) Per la produzione di ACS si assume un SPF di 3. (3) Inclusa l integrazione realizzata dalla caldaia a condensazione. zione e i sistemi basati su caldaia/stufa a pellet e su camino a legna si considerano integrati da due condizionatori autonomi split-system a PdC con condensazione ad aria, di potenza termica/frigorifera 2/3 kw. I sistemi basati su PdC reversibili sono invece in grado autonomamente di fornire anche il servizio di raffrescamento, utilizzando il sistema di distribuzione a fan coil nel caso delle PdC idroniche. Per tutti i sistemi di raffrescamento considerati si assume un SPF pari a 3, con l eccezione delle PdC ad assorbimento a gas, per le quali si assume un SPF di 0,6. L Energia Elettrica 50 maggio-giugno 2011

5 Tabella 4 Costi di acquisto e di installazione delle tecnologie per il riscaldamento residenziale utilizzati nello studio per un applicazione unifamiliare COSTO TECNOLOGIE PER RISCALDAMENTO [ ] CALDAIA A CONDENSAZIONE (CON PRODUZIONE DI ACS) PDC ARIA / ARIA PDC ARIA / ACQUA PDC ACQUA DI FALDA / ACQUA PDC SONDE GEOTERMICHE/ ACQUA CALDAIA A PELLET STUFA A PELLET + CALDAIA A 3 STELLE A GAS CAMINO A LEGNA + CALDAIA A 3 STELLE A GAS Apparecchiatura, alloggiamento, installazione (1) e allacciamento Pozzi di emungimento / restituzione e opere idrauliche Pozzi di perforo, sonde geotermiche e opere idrauliche Installazione secondo contatore elettrico Richiesta autorizzazione pozzi Realizzazione / intubazione camino Sistema di distribuzione del calore a fan coil (2) Sistema di distribuzione del calore a radiatori Caldaia a 3 stelle a gas con produzione di ACS, alloggiamento, installazione e allacciamento Costo totale [ ] (1) La quota di fa riferimento alla parte di impianto di distribuzione la cui vita, analogamente ai sistemi di distribuzione del calore a fan coil ed a radiatori, si assume pari a 30 anni, a differenza dei 15 anni assunti per le apparecchiature per la produzione di calore. (2) In alternativa, un sistema di distribuzione del calore a pannelli radianti a pavimento avrebbe un costo di circa Per quanto riguarda i costi di acquisto e di installazione dei sistemi per riscaldamento e produzione di ACS considerati, si è fatto riferimento ai valori medi di mercato ed alle indicazioni dei prezziari regionali dei lavori pubblici di alcune regioni del Nord, Centro e Sud Italia. Avendo considerato, come detto in precedenza, sistemi di climatizzazione installati a seguito di interventi di ristrutturazione, si è ap- plicata l IVA agevolata del 10%. Oltre a tali costi, sono stati valutati eventuali ulteriori costi fissi, sia una tantum sia annui, che l utente deve sopportare. La tabella 4 e la tabella 5 riportano i dettagli dei costi di acquisto e di installazione delle diverse apparecchiature considerate, rispettivamente per l impianto di riscaldamento e per la produzione di ACS, per un applicazione unifa- L Energia Elettrica 51 maggio-giugno 2011

6 miliare. Sono considerati il costo dell apparecchiatura, quello per l alloggiamento e l installazione, i costi delle opere accessorie (per esempio, pozzi di emungimento/restituzione, sonde geotermiche, ecc.), i costi degli interventi necessari a realizzare l integrazione fra l apparecchiatura e il sistema di distribuzione del calore all interno dell abitazione, il sistema di distribuzione del calore a bassa temperatura a fan coil oppure a radiatori (nel caso dei sistemi a biomassa), nonché tutti i costi autorizzativi. Si noti che, nel caso delle PdC a compressione elettriche, si è ipotizzata l installazione di Tabella 5 Costi di acquisto e di installazione delle tecnologie per la produzione di ACS utilizzati nello studio per un applicazione unifamiliare COSTO TECNOLOGIE PER ACS COLLETTORI BOILER SERBATOIO [ ] SOLARI TERMICI A GAS DI ACCUMULO Apparecchiatura, alloggiamento, installazione e allacciamento al sistema di distribuzione del calore un secondo contatore (possibilità offerta dalla regolazione vigente) per una fornitura elettrica cui si applica la tariffa altri usi monoraria. Tra i costi di installazione è quindi previsto anche quello del secondo contatore e dei relativi interventi sull impianto elettrico. Nella tabella 6 vengono riportati i costi per l applicazione condominiale centralizzata considerata che, per comodità di confronto, sono riportati sia in termini complessivi, sia per ciascuna unità abitativa componente il condominio. Si noti che diverse voci di costo si riducono in virtù delle economie di scala che un impianto di maggiori dimensioni consente. Il costo dei collettori solari termici per l applicazione condominiale è stimato in circa , pari a per unità abitativa. Il costo dei condizionatori split per il raffrescamento in ciascuna unità abitativa, utilizzati nelle soluzioni che non adottano PdC, è valutato in circa Nella tabella 7 e nella tabella 8 sono riportati i costi fissi annui di esercizio dell impianto, ri- Tabella 6 Costi di acquisto e di installazione delle tecnologie per il riscaldamento residenziale utilizzati nello studio per un applicazione condominiale centralizzata COSTO TECNOLOGIE CALDAIA PDC PDC PDC PDC CALDAIA PER RISCALDAMENTO A CONDENSAZIONE ARIA / ACQUA ACQUA DI FALDA / SONDE AD ASSORBIMENTO A PELLET [ ] (CON PRODUZIONE ACQUA GEOTERMICHE / A GAS + CALDAIA DI ACS) ACQUA A CONDENSAZIONE Apparecchiatura, alloggiamento, installazione e allacciamento (compreso serbatoio ACS) Pozzi di emungimento / restituzione e opere idrauliche Pozzi di perforo, sonde geotermiche e opere idrauliche Installazione secondo contatore elettrico Realizzazione / intubazione camino Sistema di distribuzione del calore a fan coil Sistema di distribuzione del calore a radiatori Costo totale [ ] Costo totale (per unità abitativa) [ ] L Energia Elettrica 52 maggio-giugno 2011

7 spettivamente, per un applicazione unifamiliare e per l applicazione condominiale. Essi includono i costi di manutenzione, i costi relativi ai canoni di prelievo dell acqua (nel caso di PdC idrotermiche ad acqua di falda) ed i costi fissi annui previsti dalle tariffe altri usi BTA2 (per l applicazione unifamiliare da 3 kw) e BTA5 (per l applicazione condominiale da 15 kw) per l alimentazione delle PdC. Venendo ai costi variabili, nella tabella 9 sono riportati i costi dei combustibili e dell energia elettrica utilizzata per alimentare le diverse soluzioni impiantistiche considerate. Per i costi del gas naturale e dell energia elettrica, si è fatto riferimento alle tariffe definite dall Autorità per l energia elettrica e il gas per i primi mesi del Per i costi della biomassa si è fatto riferimento ai valori attuali di mercato. Analisi dei costi delle soluzioni impiantistiche Il confronto economico fra le diverse soluzioni impiantistiche è stato effettuato sulla base del costo totale attualizzato, ossia della somma dei costi di acquisto e di installazione iniziali, nonché dei costi fissi e variabili annui sostenuti durante l intera vita tecnica, assumendo che essi si mantengano costanti in valore reale. La vita tecnica delle apparecchiature è stata assunta pari a 15 anni. Tabella 7 Costi fissi annui delle tecnologie di climatizzazione utilizzati nello studio per un applicazione unifamiliare COSTI FISSI ANNUI [ /ANNO] CALDAIA A CONDENSAZIONE PDC ARIA / ARIA PDC ARIA / ACQUA PDC ACQUA DI FALDA / ACQUA PDC SONDE GEOTERMICHE/ ACQUA CALDAIA A PELLET STUFA A PELLET + CALDAIA A 3 STELLE A GAS CAMINO A LEGNA + CALDAIA A 3 STELLE A GAS COLLETTORI SOLARI TERMICI BOILER A GAS CONDIZIONATORE SPLIT Costo fisso annuo della fornitura elettrica (secondo contatore) Canone annuo 150 emungimento acqua Manutenzione Costo totale [ /anno] Tabella 8 Costi fissi annui delle tecnologie di climatizzazione utilizzati nello studio per un applicazione condominiale centralizzata COSTI FISSI ANNUI CALDAIA PDC PDC PDC PDC CALDAIA COLLETTORI [ /ANNO] A ARIA / ACQUA ACQUA DI FALDA / SONDE AD ASSORBIMENTO A PELLET SOLARI CONDENSAZIONE ACQUA GEOTERMICHE / A GAS + CALDAIA TERMICI ACQUA A CONDENSAZIONE Costo fisso annuo della fornitura elettrica (secondo contatore) Canone annuo 150 emungimento acqua Manutenzione Costo totale [ /anno] Costo totale (per unità abitativa) [ /anno] L Energia Elettrica 53 maggio-giugno 2011

8 Per quanto riguarda il sistema di distribuzione del calore e le opere accessorie 9, si è assunta invece una vita tecnica di 30 anni, doppia di quella delle apparecchiature: il relativo costo di investimento e di installazione è stato quindi ridotto del 50%, tenendo conto del valore residuo alla fine del periodo di 15 anni. I costi sostenuti una tantum (installazione del secondo contatore, autorizzazioni per emungimento acqua di falda, ecc.), la cui validità non ha una scadenza temporale, sono per semplicità stati anch essi considerati al 50%. Nel seguito, si effettua dapprima un analisi dei costi relativi alla fornitura del servizio di riscaldamento e di produzione di ACS, la quale verrà successivamente estesa anche al servizio di raffrescamento. Relativamente al servizio di riscaldamento e di produzione di ACS, nella figura 1 si riporta il confronto tra costi fissi e variabili attualizzati delle soluzioni impiantistiche considerate nel caso della villetta in classe B (per l interpretazione degli acronimi utilizzati si faccia riferimento alla Tabella 2). Si nota come la soluzione economicamente più conveniente sia quella di riferimento, basata sulla caldaia a condensa- Tabella 9 Costi dei combustibili e dell energia elettrica utilizzati nello studio FONTE ENERGETICA PCI /m 3 /QUINTALE /kwhe /tep Gas naturale kcal/m 3 0, Elettricità quota energia (secondo contatore) (1) 0, Elettricità quota energia (primo contatore) (2) 0, Pellet kcal/kg Legna kcal/kg (1) Tariffa altri usi per l alimentazione delle PdC a compressione elettriche. (2) Tariffa usi domestici per l alimentazione dei condizionatori split (consumo annuo complessivo dell utenza dell ordine di kwh). Figura 1 Confronto sui costi fissi e variabili attualizzati delle soluzioni impiantistiche considerate per un abitazione unifamiliare (villetta in classe B riscaldamento+acs). 9 Quali per esempio i pozzi di emungimento e di restituzione, il pozzo di perforo e le sonde geotermiche, la realizzazione e intubazione del camino. L Energia Elettrica 54 maggio-giugno 2011

9 zione a gas con produzione di ACS. Per questa soluzione i costi variabili incidono per il 61%, a fronte di valori compresi tra il 18% ed il 44% delle soluzioni basate su fonti rinnovabili. Nella figura 2 si riportano invece le differenze sui costi fissi e variabili attualizzati tra le soluzioni impiantistiche basate su fonti rinnovabili e la soluzione di riferimento (caldaia a condensazione a gas con produzione di ACS), sempre per il caso della villetta in classe B. Per quanto riguarda i costi variabili, l utilizzo di fonti rinnovabili in alternativa al gas naturale, in generale, comporta un risparmio economico, come si osserva dagli istogrammi in verde di figura 2, con l eccezione del camino a legna e della stufa a pellet accoppiati con la caldaia a 3 stelle a gas, in cui al basso rendimento delle tecnologie rinnovabili si aggiunge quello della caldaia a tre stelle, inferiore rispetto alla caldaia a condensazione. Ciononostante, il risparmio sui costi variabili non basta a rendere le tecnologie RES-H economicamente più competitive rispetto alla caldaia a condensazione a gas, in virtù dei maggiori costi fissi. Tale situazione si modifica nel caso di fabbisogni per riscaldamento più elevati: considerando una villetta in classe energetica E caratterizzata da un fabbisogno circa doppio di quello assunto per la classe energetica B, il risparmio sui costi variabili consentirebbe di rendere i costi del sistema basato su PdC aria/aria con boiler a gas e su caldaia a pellet paragonabili a quelli del sistema basato su caldaia a condensazione, ed i costi del sistema basato su PdC aria/acqua addirittura inferiori (si veda la figura 3 e la figura 4). Il rilevante peso dei costi fissi sui costi totali che caratterizza le soluzioni basate su tecnologie RES-H trova spiegazione sostanzialmente in due fattori: la necessità, per le tecnologie RES-H, di disporre, rispetto alla caldaia a condensazione, di sistemi aggiuntivi per la fornitura di ACS e, nel caso specifico dei camini e delle stufe, di un sistema convenzionale di riscaldamento che faccia fronte alla maggior parte del fabbisogno; la presenza di ulteriori voci di costo che non gravano sul sistema basato su caldaia a condensazione, quali ad esempio opere di perforo, sonde e collegamenti idraulici, intubazione dei camini. Tale incidenza dei costi fissi risulta meno penalizzante nel caso delle abitazioni plurifamiliari, in cui l effetto scala consente di ridurne il peso sulle singole unità abitative, che peraltro Figura 2 Differenze sui costi fissi e variabili attualizzati tra le soluzioni impiantistiche basate su fonti rinnovabili e la soluzione di riferimento (villetta in classe B riscaldamento+acs). Figura 3 Confronto sui costi fissi e variabili attualizzati delle soluzioni impiantistiche considerate per un abitazione unifamiliare (villetta in classe E riscaldamento+acs). Figura 4 Differenze sui costi fissi e variabili attualizzati tra le soluzioni impiantistiche basate su fonti rinnovabili e la soluzione di riferimento (villetta in classe E riscaldamento+acs). L Energia Elettrica 55 maggio-giugno 2011

10 sono caratterizzate da fabbisogni termici inferiori: come si osserva dalla figura 5 (asse delle ordinate di destra), relativa ad un condominio da 9 unità abitative in classe B, il costo totale attualizzato per unità abitativa subisce riduzioni che variano dal 25% per la caldaia a condensazione al 60% per le PdC ad acqua di falda. Questo effetto comporta un significativo livellamento dei costi delle diverse soluzioni impiantistiche. Se invece si considerasse un condominio in classe E (con fabbisogni di riscaldamento circa doppi rispetto al condominio in classe B), tutte le soluzioni basate su RES-H 10 risulterebbero più convenienti della soluzione di riferimento basata su caldaia a condensazione a gas (figura 6). Figura 5 Confronto tra i costi totali attualizzati delle soluzioni impiantistiche considerate per ciascuna unità abitativa, nel caso di abitazioni monofamiliari e plurifamiliari in classe B (riscaldamento+acs). Figura 6 Confronto tra i costi totali attualizzati delle soluzioni impiantistiche considerate per ciascuna unità abitativa, nel caso di abitazioni monofamiliari e plurifamiliari in classe E (riscaldamento+acs). 10 Con l eccezione del sistema basato su caldaia a condensazione a gas integrata da collettori solari termici per la produzione di ACS. L Energia Elettrica 56 maggio-giugno 2011

11 Per quanto riguarda le PdC reversibili, esse possono operare anche per soddisfare il fabbisogno di raffrescamento, seppure la corrispondente energia non possa essere contabilizzata ai fini del raggiungimento dell obiettivo sui consumi finali lordi di origine rinnovabile stabilito dalla direttiva 2009/28/CE. Per valutare economicamente tale vantaggio, nella figura 7 si riporta il confronto tra i costi totali attualizzati di soluzioni impiantistiche per abitazioni unifamiliari (villetta in classe B) per il soddisfacimento dei fabbisogni sia di riscaldamento e ACS, sia di raffrescamento. Come si può notare, la valorizzazione del servizio di raffrescamento ha un impatto rilevante, rendendo quella basata su PdC aria/acqua la soluzione economicamente più competitiva e portando i costi della soluzione basata su PdC aria/aria in linea con quelli del sistema di riferimento basato su caldaia a condensazione, con l aggiunta di condizionatori split. Nel caso di fabbisogni per riscaldamento doppi (villetta in classe E), come si evince dalla figura 8, con l eccezione di quella basata su PdC ad acqua di falda, tutte le soluzioni basate su PdC risultano più convenienti della soluzione di riferimento, ai cui costi totali si avvicina molto anche il sistema basato su caldaia a pellet con serbatoio di accumulo per la produzione di ACS. Se ai benefici della valorizzazione del servizio di raffrescamento aggiungiamo quelli derivanti dall effetto scala proprio di un applicazione condominiale plurifamiliare, otteniamo i costi riportati nella figura 9: si può notare come i costi delle soluzioni basate su PdC risultino nettamente più competitivi della soluzione di riferimento, basata su caldaia a condensazione con l aggiunta di condizionatori in ciascuna unità abitativa. Nel caso di fabbisogni per riscaldamento doppi (condominio in classe E) il vantaggio delle soluzioni basate su PdC cresce ulteriormente, ed anche il sistema basato su caldaia a pellet con serbatoio di accumulo per la produzione di ACS e condizionatori split diventa più conveniente del riferimento (figura 10). Valutazione degli incentivi Nell attesa del nuovo regime di sostegno derivante dai decreti attuativi del D.Lgs. 3 marzo 2011 n. 28 che recepisce la Direttiva 2009/28/CE, attualmente le fonti rinnovabili termiche possono beneficiare di due tipologie di incentivi: i Certificati Bianchi, ottenibili da collettori so- Figura 7 Confronto sui costi fissi e variabili attualizzati delle soluzioni impiantistiche considerate per un abitazione unifamiliare (villetta in classe B riscaldamento+acs+raffrescamento). Figura 8 Confronto sui costi fissi e variabili attualizzati delle soluzioni impiantistiche considerate per un abitazione unifamiliare (villetta in classe E riscaldamento+acs+raffrescamento). lari per la produzione di ACS e da PdC elettriche ad aria [4]; le detrazioni fiscali al 55%, che riguardano tutte le tecnologie a fonti rinnovabili qui considerate, con l eccezione delle stufe e dei camini a biomassa [5]. Oltre a ciò, occorre ricordare l obbligo per i nuovi edifici di copertura di una quota (50%) dei fabbisogni di ACS mediante fonti rinnovabili e le agevolazioni fiscali per gli utenti allacciati alle reti di teleriscaldamento da fonte geotermica o biomassa. Come già evidenziato, tali meccanismi di L Energia Elettrica 57 maggio-giugno 2011

12 Figura 9 Confronto tra i costi totali attualizzati delle soluzioni impiantistiche considerate per ciascuna unità abitativa, nel caso di abitazioni monofamiliari e plurifamiliari in classe B (riscaldameto+acs+raffrescamento). Figura 10 Confronto tra i costi totali attualizzati delle soluzioni impiantistiche considerate per ciascuna unità abitativa, nel caso di abitazioni monofamiliari e plurifamiliari in classe E (riscaldamento+acs+raffrescamento). incentivazione non hanno generato un sufficiente stimolo allo sviluppo delle RES-H, da cui la necessità della messa a punto di un nuovo sistema di incentivazione dedicato, che auspicabilmente dovrà essere in grado di consentire il superamento delle principali barriere, spesso di carattere non esclusivamente economico. In tale contesto, nel seguito ci si limiterà a valutare l incentivo minimo indispensabile a coprire la differenza di costi totali tra: ciascun sistema considerato basato su fonti rinnovabili, in grado di soddisfare il fabbisogno di riscaldamento / raffrescamento; il sistema di riferimento, basato su caldaia a condensazione a gas e condizionatori split. In particolare, tale incentivo minimo verrà determinato rapportando la differenza di costi L Energia Elettrica 58 maggio-giugno 2011

13 Figura 11 Incentivi minimi indispensabili a coprire la differenza di costi totali con il sistema di climatizzazione di riferimento nel caso di abitazioni monofamiliari e plurifamiliari in classe B. totali all energia rinnovabile consumata per riscaldamento e produzione di ACS (l unica contabilizzabile ai fini della Direttiva 2009/28/CE): esso verrà quindi espresso in /tep RES-H. Il maggior contributo all utilizzo di energia rinnovabile è fornito dai sistemi basati su caldaie a pellet, per i quali, ai fini del raggiungimento dell obiettivo stabilito dalla Direttiva 2009/28/CE, può essere contabilizzato l intero contenuto energetico della fonte primaria utilizzata 11. Seguono, nell ordine, i sistemi basati su PdC a compressione elettriche e su stufe a pellet e camini a legna; il contributo di queste ultime due soluzioni, peraltro, è limitato dal fatto che in esse le fonti rinnovabili soddisfano solo un terzo dei fabbisogni per riscaldamento. A parità di fabbisogno termico, invece, risulta particolarmente contenuto il contributo delle PdC a compressione a gas, limitato dal basso SPF che le caratterizza. Ridotto risulta anche il contributo del solare termico, peraltro nel presente studio dimensionato solo per la fornitura di ACS. Calcolato quindi in tal modo l incentivo minimo indispensabile, a puro fine comparativo esso può essere posto a confronto con gli incen- 11 Paradossalmente, tanto più basso fosse il rendimento della caldaia a pellet, tanto più alta sarebbe la quantità di energia rinnovabile contabilizzabile, in quanto aumenterebbe la quantità di pellet che sarebbe necessario bruciare per soddisfare il medesimo fabbisogno termico. tivi erogati alle fonti rinnovabili elettriche (figura 11 e figura 12), ed in particolare: con il valor medio 2010 del Certificato Verde (CV), pari a 84,6 /MWh; con il conseguente livello di incentivazione agli impianti di produzione elettrica a biomassa non da filiera corta, pari al valore del CV moltiplicato per il coefficiente 1,3; con il conseguente livello di incentivazione agli impianti di produzione elettrica a biomassa da filiera corta, pari al valore del CV moltiplicato per il coefficiente 1,8; con la tariffa onnicomprensiva riconosciuta alla produzione degli impianti a biomassa di taglia inferiore ad 1 MW (pari a 280 /MWh), depurata del PUN medio aritmetico 2010 (64,1 /MWh), utilizzato come indicatore del prezzo dell energia. Come si nota dalla figura 11, nel caso di un abitazione monofamiliare in classe B, l incentivo minimo più elevato è quello richiesto dall applicazione del solare termico al sistema di riferimento basato su caldaia a condensazione a gas e su condizionatori split: ciò è dovuto al costo relativamente elevato dell impianto a collettori solari ed alla corrispondente relativamente ridotta produzione di energia termica. L incentivo minimo richiesto in questo caso si situa come entità tra gli incentivi erogati mediante CV agli impianti di produzione elettrica a biomassa da filiera corta e quelli erogati come L Energia Elettrica 59 maggio-giugno 2011

14 Figura 12 Incentivi minimi indispensabili a coprire la differenza di costi totali con il sistema di climatizzazione di riferimento nel caso di abitazioni monofamiliari e plurifamiliari in classe E. tariffa onnicomprensiva agli impianti a biomassa di taglia inferiore ad 1 MW. In ordine decrescente, seguono gli incentivi minimi richiesti dai sistemi basati su camini a legna e stufe a pellet, ad integrazione di una caldaia a 3 stelle a gas e con condizionatori split per il raffrescamento. Tali sistemi risentono dei non trascurabili costi fissi (per esempio, per la realizzazione e l intubazione del camino), dei relativamente bassi rendimenti (compreso quello della caldaia a tre stelle) e della limitata produzione di calore, in grado di soddisfare solo un terzo del fabbisogno. A seguire, l incentivo richiesto dal sistema basato su PdC ad acqua di falda, caratterizzato da costi fissi particolarmente elevati (si veda la Tabella 4): in tal caso, l incentivo minimo necessario è di poco superiore all incentivo erogato mediante CV agli impianti di produzione elettrica a biomassa non da filiera corta. I sistemi basati su PdC a sonde geotermiche e su caldaie a pellet (eventualmente integrate da solare termico per ACS) richiedono invece incentivi minimi piuttosto contenuti, comunque largamente inferiori al valore medio 2010 del Certificato Verde. Nel caso invece del condominio in classe B, solo i sistemi integrati con solare termico per la produzione di ACS richiedono un incentivo minimo, che nel caso della caldaia a condensazione risulta dell ordine del valore medio 2010 del CV, mentre nel caso della caldaia a pellet risulta largamente inferiore. Passando invece a considerare abitazioni in classe E (Figura 12), la situazione rimane la stessa della classe B per i sistemi che vedono l applicazione del solare termico al sistema di riferimento basato su caldaia a condensazione a gas e su condizionatori split, in quanto il fabbisogno di ACS soddisfatto dai collettori solari non cambia. Riguardo ai sistemi basati su camini a legna e stufe a pellet, ad integrazione di una caldaia a 3 stelle a gas e con condizionatori split per il raffrescamento, gli incentivi minimi si riducono a livelli dell ordine del valore medio 2010 del CV. Per il resto, a parte i sistemi basati su PdC ad acqua di falda e su caldaie a pellet integrate da solare termico nel caso dell abitazione unifamiliare, che comunque richiedono incentivi minimi largamente inferiori al valore medio 2010 del CV, tutti gli altri sistemi sostanzialmente non richiedono alcun incentivo minimo. Conclusioni Lo studio ha mostrato come, per il solo soddisfacimento dei fabbisogni di riscaldamento ed ACS, nel caso di un abitazione unifamiliare in classe B, il sistema di riferimento basato su caldaia L Energia Elettrica 60 maggio-giugno 2011

15 a condensazione a gas risulti economicamente più conveniente dei sistemi considerati, basati su fonti rinnovabili. Passando ad una situazione meno energeticamente efficiente, caratterizzata da fabbisogni per riscaldamento circa doppi (classe E), il risparmio sui costi variabili consentirebbe di rendere i costi del sistema basato su PdC aria / aria con boiler a gas e su caldaia a pellet paragonabili a quelli del sistema basato su caldaia a condensazione, ed i costi del sistema basato su PdC aria / acqua addirittura inferiori. Nel caso invece di un piccolo condominio in classe B, l effetto scala consentirebbe di ridurre il peso sulle singole unità abitative dei maggiori costi fissi che caratterizzano i sistemi basati su RES-H: tale effetto comporta un significativo livellamento dei costi totali delle diverse soluzioni impiantistiche considerate. Se peraltro, come in precedenza per le abitazioni unifamiliari, considerassimo un condominio in classe E meno energeticamente efficiente, sostanzialmente tutte le soluzioni basate su RES-H risulterebbero più convenienti della soluzione di riferimento basata su caldaia a condensazione a gas. Considerando anche la fornitura del servizio di raffrescamento, già nel caso dell abitazione unifamiliare in classe B il sistema basato su PdC aria / acqua diventerebbe quello economicamente più vantaggioso, mentre i costi del sistema basato su PdC aria / aria si allineerebbero a quelli del sistema di riferimento, basato su caldaia a condensazione con l aggiunta di condizionatori split. Nel caso meno efficiente della classe E, con l eccezione di quella basata su PdC ad acqua di falda, tutte le soluzioni basate su PdC risulterebbero più convenienti della soluzione di riferimento, ai cui costi totali si avvicinerebbe molto anche il sistema basato su caldaia a pellet con serbatoio di accumulo per la produzione di ACS e condizionatori split per il raffrescamento. Se ai benefici della valorizzazione del servizio di raffrescamento aggiungessimo quelli derivanti dall effetto scala proprio di un applicazione condominiale plurifamiliare, i costi delle soluzioni basate su PdC risulterebbero nettamente più competitivi della soluzione di riferimento, basata su caldaia a condensazione con l aggiunta di condizionatori split in ciascuna unità abitativa. Nel caso di fabbisogni per riscaldamento doppi (condominio in classe E) il vantaggio delle soluzioni basate su PdC crescerebbe ulteriormente, ed anche il sistema basato su caldaia a pellet con serbatoio di accumulo per la produzione di ACS e condizionatori split diventerebbe più conveniente del riferimento. In estrema sintesi quindi, i sistemi di climatizzazione basati su fonti rinnovabili mostrano la loro maggiore convenienza economica: laddove i fabbisogni termici sono più elevati, in quanto essi sono tipicamente caratterizzati da costi variabili inferiori ai sistemi convenzionali a combustibili fossili; nelle abitazioni plurifamiliari, nelle quali l effetto scala consente di ridurre il peso sulle singole unità abitative dei maggiori costi fissi che li caratterizzano; nel caso, come per i sistemi basati su PdC reversibili, essi siano in grado di soddisfare anche i fabbisogni di raffrescamento, senza richiedere l installazione di apparecchiature aggiuntive. Peraltro, nei casi considerati in cui i sistemi basati su fonti rinnovabili rimangono meno convenienti della soluzione convenzionale di riferimento, la differenza di costo potrebbe essere coperta da incentivi al più dell'ordine di quelli erogati alle fonti rinnovabili elettriche, o spesso anche significativamente inferiori. Va comunque tenuto presente che molte delle barriere allo sviluppo delle fonti rinnovabili termiche, così come dell efficienza energetica, non rivestono un carattere esclusivamente economico, per cui gli interventi necessari a garantirne la diffusione non potranno limitarsi ad una semplice compensazione degli extra-costi. Ringraziamenti Il lavoro è stato realizzato con il contributo dei colleghi RSE: Fabio Lanati, Simone Maggiore e Vittorio Brignoli. bibliografia [1] Direttiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 23 aprile 2009 sulla promozione dell uso dell energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE. [2] Ministero dello Sviluppo Economico: Piano di Azione Nazionale per le energie rinnovabili dell Italia (conforme alla direttiva 2009/28/CE e alla decisione della Commissione del 30 giugno 2009). 30 giugno [3] Ministero dello Sviluppo Economico: Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici. Decreto Ministeriale 26/6/2009. [4] [5] L Energia Elettrica 61 maggio-giugno 2011