Pompe di calore industriali: process heat senza gas

Produrre calore è una delle attività più energivore dell’industria. Dall’essiccazione alla pastorizzazione, fino al riscaldamento dei fluidi e alla generazione di vapore, numerosi processi produttivi dipendono ancora da caldaie e generatori alimentati a gas naturale. Eppure, una parte dell’energia necessaria potrebbe essere già disponibile all’interno dello stabilimento, sotto forma di calore di scarto.

Le pompe di calore industriali rappresentano una soluzione per recuperare questa energia e renderla nuovamente utilizzabile. Anziché produrre calore attraverso la combustione, sfruttano l’elettricità per trasferire energia termica da una sorgente a bassa temperatura a un processo che richiede temperature più elevate. Un approccio che permette di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e migliorare l’efficienza energetica complessiva degli impianti.

Come funzionano le pompe di calore ad alta temperatura

Il principio di funzionamento è simile a quello delle pompe di calore tradizionali, ma le applicazioni industriali richiedono potenze e temperature decisamente superiori.

Attraverso un circuito frigorifero, la pompa di calore assorbe energia termica da una sorgente, come l’acqua di raffreddamento dei macchinari, il calore residuo dei compressori o i fluidi provenienti da altri processi produttivi. Un compressore aumenta la pressione e la temperatura del refrigerante, permettendo di trasferire il calore recuperato all’acqua di processo o ad altri fluidi utilizzati nello stabilimento.

Le tecnologie industriali ad alta temperatura possono fornire acqua calda oltre i 90 °C e, a seconda della configurazione, raggiungere temperature di 120 °C o superiori. Soluzioni più avanzate permettono di servire anche processi con esigenze termiche maggiori.

Il vantaggio principale consiste nel trasformare un’energia che altrimenti verrebbe dispersa in una risorsa utile per la produzione, riducendo il fabbisogno di calore generato da fonti esterne.

Dal calore di scarto a una risorsa produttiva

In molti stabilimenti, il raffreddamento dei macchinari e il riscaldamento dei processi vengono gestiti come attività separate. Da una parte si consuma energia per smaltire il calore in eccesso, dall’altra si utilizza gas per produrne di nuovo.

Le pompe di calore industriali consentono di collegare questi due processi. Il calore recuperato dai circuiti di raffreddamento, dai compressori o dalle lavorazioni può essere valorizzato e utilizzato, ad esempio, per il lavaggio industriale, l’essiccazione o il preriscaldamento dell’acqua destinata alla generazione di vapore.

Questo approccio è particolarmente interessante nei settori alimentare, chimico, farmaceutico e cartario, dove possono coesistere importanti esigenze di raffreddamento e riscaldamento. Recuperare il calore direttamente all’interno dello stabilimento permette di ridurre gli sprechi e migliorare il bilancio energetico dei cicli produttivi.

Efficienza energetica e riduzione dei consumi di gas

Uno dei principali indicatori delle prestazioni di una pompa di calore è il COP, o coefficiente di prestazione, che esprime il rapporto tra il calore utile prodotto e l’energia elettrica consumata. Un COP pari a 4, ad esempio, significa ottenere quattro unità di energia termica per ogni unità di elettricità utilizzata.

Le prestazioni effettive dipendono soprattutto dalla temperatura della sorgente e da quella richiesta dal processo. Minore è la differenza tra le due, generalmente maggiore sarà l’efficienza del sistema.

Per valutare l’investimento occorre quindi considerare non soltanto il rendimento della macchina, ma anche il costo dell’elettricità, le ore di funzionamento e la disponibilità di calore recuperabile. Per approfondire le tecnologie disponibili e le loro applicazioni, è possibile fare riferimento alle pompe di calore industriali ad alta temperatura, progettate per valorizzare il calore residuo nei processi produttivi.

Verso impianti industriali meno dipendenti dal gas

L’integrazione di una pompa di calore richiede un’analisi preliminare dei flussi termici dello stabilimento. È fondamentale individuare le sorgenti di calore disponibili, verificare che siano sufficientemente costanti e confrontarle con le temperature e le potenze richieste dalle diverse lavorazioni.

Non tutti i processi possono essere completamente elettrificati con le tecnologie disponibili, soprattutto quando richiedono temperature estremamente elevate. In molti casi, tuttavia, è possibile intervenire su singole fasi produttive oppure affiancare la pompa di calore ai generatori esistenti, riducendo progressivamente il consumo di gas.

La possibilità di recuperare energia termica e riutilizzarla nei processi produttivi trasforma il calore di scarto da costo operativo a risorsa. Se correttamente dimensionate e integrate, le pompe di calore industriali possono contribuire a rendere gli impianti più efficienti, contenere i costi energetici e sostenere gli obiettivi di decarbonizzazione.