Sostenibilità nella climatizzazione

La UNI EN ISO 14040:2021, insieme alle norme EN 15804 ed EN 15978 e alle indicazioni sviluppate dall’IEA EBC ANNEX 72, fornisce gli strumenti metodologici per valutare gli impatti ambientali lungo l’intero ciclo di vita dei sistemi HVAC

Nella rinnovata impiantistica per il comfort a basso e bassissimo consumo di energia primaria, sempre più orientata ad una climatizzazione a ciclo annuale (tutto l’anno) e possibilmente alimentata da fonti di energia rinnovabile termiche ed elettriche, alcuni esperti e professionisti di settore si stanno allarmando per l’impiego di materiali critici (o anche non critici) nelle costrizioni ad alta ed altissima efficienza energetica.

Gli standard NZEB (Nearly Zero Energy Buildings), ZEB (Zero Energy Buildings) e ZCB (Zero Carbon Buildings) stanno guidando la realizzazione di edifici sempre più ermetici e altamente performanti dal punto di vista energetico. Per raggiungere tali livelli prestazionali, tuttavia, l’impiego di materiali e componenti, sia per tipologia sia per combinazione, assume un ruolo tutt’altro che marginale.

Per questo motivo, sarà probabilmente necessario dedicare una crescente attenzione alle materie prime critiche e alle filiere europee della componentistica, considerando non soltanto la fase di produzione e installazione, ma l’intero ciclo di vita dei prodotti, inclusi dismissione, recupero e smaltimento.

Si potrebbe pensare che questi aspetti siano lontani dalle problematiche quotidiane del settore, ma non è affatto così. Basti considerare il profondo cambiamento che dovremo gestire nei prossimi anni quando si presenterà la necessità di sostituire, su larga scala, i pannelli fotovoltaici e i sistemi di isolamento termico delle abitazioni, installati in quantità enormi nell’ultimo decennio.

Analoghe riflessioni dovranno essere sviluppate per i generatori di calore: una pompa di calore, ad esempio, richiede una quantità e una varietà di materiali significativamente diverse rispetto alle tecnologie a combustione oggi ampiamente diffuse nel parco installato ed ancora vendute ed installate in grandi quantità.

Modelli di circolarità nel campo dei prodotti HVAC

La spinta globale ad affrontare il cambiamento climatico e a rispettare gli obiettivi dell’Accordo di Parigi sta trasformando il modo in cui produciamo e utilizziamo l’energia, nonché il modo in cui progettiamo i prodotti lungo tutto il loro ciclo di vita. La Ellen MacArthur Foundation, riconosciuta a livello internazionale come uno dei principali punti di riferimento nella promozione dell’economia circolare, fornisce una definizione esaustiva di questo concetto.

Secondo la Fondazione: «L’economia circolare è un sistema nel quale i materiali non diventano mai rifiuti e la natura viene rigenerata. In un’economia circolare, prodotti e materiali vengono mantenuti in circolazione attraverso processi quali manutenzione, riutilizzo, ricondizionamento, rigenerazione industriale, riciclo e compostaggio. L’economia circolare affronta il cambiamento climatico e altre sfide globali, come la perdita di biodiversità, la produzione di rifiuti e l’inquinamento, disaccoppiando l’attività economica dal consumo di risorse finite.»

Il modello lineare del tipo “estrarre–produrre–smaltire” ha rappresentato il paradigma dominante fin dalla Rivoluzione Industriale. Tuttavia, è sempre più evidente come questo approccio sia insostenibile in un mondo caratterizzato da risorse limitate e da crescenti sfide ambientali.
Il concetto di economia circolare propone una profonda revisione del modo in cui produciamo, consumiamo e gestiamo il fine vita dei beni. Esso pone l’accento sull’importanza di mantenere materiali e prodotti in uso il più a lungo possibile, estraendone il massimo valore durante la fase di utilizzo e recuperandoli successivamente al termine della loro vita utile per favorirne la rigenerazione e il reimpiego. Questo approccio non solo consente di ridurre la produzione di rifiuti e l’inquinamento, ma offre anche opportunità di innovazione, sviluppo economico e risposta a sfide globali quali il cambiamento climatico e la scarsità di risorse.

La prospettiva dell’economia circolare dal punto di vista del consumatore e dell’utilizzatore finale viene spesso rappresentata attraverso il cosiddetto “Butterfly Diagram” sviluppato dalla Ellen MacArthur Foundation (figura 1). La transizione da un’economia lineare a un’economia circolare è stata fortemente promossa dalle istituzioni e dagli organismi regolatori con l’obiettivo di favorire la sostenibilità e un uso più efficiente delle risorse.

Nell’Unione Europea questo percorso è stato avviato nel 2015 con l’adozione del primo Circular Economy Package [3]. Il piano aveva l’obiettivo di “chiudere il ciclo” dei prodotti attraverso il miglioramento delle pratiche di riuso e riciclo, generando benefici sia ambientali sia economici.

Venivano inoltre individuate specifiche categorie di prodotti e flussi di rifiuti particolarmente adatti all’applicazione dei criteri dell’economia circolare, aprendo la strada all’integrazione di tali principi all’interno della normativa esistente, inclusa la Direttiva Ecodesign. Nel marzo 2020 la Commissione Europea ha lanciato un aggiornamento del Piano d’Azione per l’Economia Circolare [4] nell’ambito del Green Deal Europeo. Il nuovo piano si proponeva di rendere i prodotti sostenibili all’interno del mercato europeo, promuovendo la progettazione di prodotti durevoli, riparabili e riciclabili.

L’attenzione è stata rivolta in particolare alle principali catene del valore, come l’elettronica e il tessile, con l’obiettivo di ridurre la produzione di rifiuti e aumentare il valore delle risorse impiegate. La strategia ha inoltre creato nuove opportunità per regioni e città, promuovendo l’economia circolare come strumento per raggiungere la neutralità climatica e rafforzando il ruolo dell’Unione Europea come leader globale nella transizione verso modelli economici più sostenibili.

L’obiettivo complessivo è accelerare il passaggio verso un modello di crescita rigenerativo, capace di restituire al pianeta più risorse di quante ne consumi, rafforzando al contempo competitività e innovazione. Parallelamente, iniziative analoghe sono state sviluppate anche in altre aree del mondo. Negli Stati Uniti, ad esempio, nel 2021 è stata lanciata la National Recycling Strategy, a conferma di una crescente attenzione internazionale verso i principi della circolarità.

L’evoluzione più recente di questo percorso normativo è rappresentata dal Regolamento Ecodesign per i Prodotti Sostenibili (ESPR – Ecodesign for Sustainable Products Regulation [5]), introdotto dalla Commissione Europea nel 2024. Tale regolamento amplia significativamente il campo di applicazione dei requisiti di progettazione dei prodotti, andando oltre i tradizionali aspetti legati all’efficienza energetica.

L’ESPR introduce infatti requisiti specifici relativi all’efficienza nell’uso dei materiali, alla durabilità, alla riparabilità e alla riciclabilità dei prodotti. Uno degli elementi più innovativi è l’introduzione del Passaporto Digitale di Prodotto (Digital Product Passport [6]), destinato a facilitare le attività di manutenzione, aggiornamento, riparazione e riciclo lungo l’intero ciclo di vita del bene. Attraverso questi nuovi standard, il regolamento mira a rendere i prodotti sostenibili la scelta prevalente nel mercato europeo, accelerando la transizione verso un’economia più circolare e contribuendo ad affrontare sfide globali quali la scarsità di risorse e il cambiamento climatico.

Per il settore delle pompe di calore, la transizione verso l’economia circolare rappresenta certamente una sfida, soprattutto in relazione ai nuovi obblighi normativi, ma costituisce anche un’importante opportunità industriale. Uno studio del 2018 ha stimato che l’economia circolare potrebbe generare nell’Unione Europea un incremento del PIL pari allo 0,5% entro il 2030 e creare circa 700.000 nuovi posti di lavoro.

In questo contesto si inserisce il Progetto 65 dell’IEA HPT (Heat Pump Technologies), nato con l’obiettivo di esplorare e promuovere i principi dell’economia circolare nel settore delle pompe di calore. Il progetto si concentra in particolare sulle pompe di calore aria-aria, aria-acqua e geotermiche con potenza inferiore a 30 kW destinate al riscaldamento residenziale. Sebbene diversi Paesi abbiano già avviato iniziative volte a migliorare l’efficienza nell’uso dei materiali e la circolarità delle pompe di calore, manca ancora una collaborazione internazionale strutturata e coordinata su questi temi. Il Progetto 65 si propone di colmare tale lacuna creando una piattaforma di cooperazione tra autorità nazionali, produttori e stakeholder del settore.

Attraverso il coinvolgimento attivo di costruttori, decisori politici e operatori della filiera edilizia, il progetto mira ad accelerare l’adozione dei principi dell’economia circolare nel settore delle pompe di calore, favorendo lo sviluppo di soluzioni energetiche sostenibili, affidabili e coerenti con gli obiettivi ambientali e industriali del futuro. Questo approccio collaborativo punta a garantire che la crescita del settore delle pompe di calore sia accompagnata da una gestione più efficiente delle risorse, da una maggiore attenzione alla durabilità dei prodotti oltre che da una progressiva integrazione delle pratiche di riuso, recupero e riciclo lungo l’intero ciclo di vita delle tecnologie.

Riciclabilità e impiego di materiali riciclati

La riciclabilità di fine vita e l’impiego di materiali riciclati nei nuovi prodotti o impianti di climatizzazione non è solo un principio fondamentale di sostenibilità, ma anche per non passare dalla dipendenza energetica (2000-2025) alla dipendenza dalle materie prime (2025-2050). Non si tratta di fattori secondari, se consideriamo ad esempio il tema dei generatori, è plausibile immaginare che nei prossimi dieci anni milioni di pompe di calore entreranno nel mercato europeo.

In questo scenario, la differenza tra la dismissione di una caldaia da 22 kW, con un peso medio indicativo compreso tra 20 e 30 kg, e quella di una pompa di calore di pari potenza, che può raggiungere mediamente 150-200 kg, oppure di una pompa di calore da 5 a 8 kW con un peso compreso tra 60 e 90 kg, non è certamente trascurabile. Le implicazioni riguardano sia il consumo di materie prime, il cui costo è aumentato sensibilmente negli ultimi anni, sia la maggiore complessità delle operazioni di recupero e separazione dei materiali compositi nelle fasi di fine vita.

Lo studio espresso nel Project 65 del Technology Collaboration Program (TCP) della IEA (International Energy Agency) ad esempio giunge alla conclusione che le pompe di calore idroniche per applicazioni residenziali presentano un contenuto di materiali significativamente superiore rispetto alle equivalenti caldaie a condensazione, con quantità di alluminio superiori di oltre due volte e un impiego di rame e ottone fino a quindici volte maggiore (tabella 1).

Sono aspetti che richiedono analisi approfondite e metodologie di valutazione chiare, per comprendere se tali criticità rappresentino effettivamente un problema, in quale misura e con quali possibili soluzioni. Sostituire una dipendenza dai combustibili fossili con una nuova dipendenza dalle materie prime critiche, o con sistemi di riciclo estremamente complessi derivanti da un impiego poco consapevole delle risorse, non rappresenterebbe infatti un progresso significativo né per l’Europa né, più in generale, per la sostenibilità globale. È quindi necessario porsi queste domande con chiarezza e affrontarle apertamente. Considerarle marginali o ignorarle rischia soltanto di rallentare lo sviluppo realmente sostenibile degli impianti di climatizzazione dei prossimi decenni.

In sostanza, è necessario compiere un salto di qualità nel modo in cui valutiamo e promuoviamo le tecnologie. Occorre saperne evidenziare non soltanto i benefici a livello di risparmio energetico, nella riduzione delle emissioni o nei minori costi iniziali o nei consumi, ma anche i limiti nel campo dell’uso delle materie prime e del riciclo, con trasparenza e rigore. La riduzione dei consumi di energia primaria dunque (grande focus degli ultimi 20 anni) rimane un obiettivo fondamentale, ma non può essere l’unico criterio di valutazione: è ormai necessario ampliare la prospettiva, considerando anche i materiali impiegati nella realizzazione degli impianti, la loro disponibilità, la provenienza delle filiere, le possibilità di recupero e le modalità di riciclo a fine vita.

Tutto ciò potrebbe apparire come un semplice esercizio di attenzione ambientale, già di per sé meritorio. In realtà, si tratta di una questione destinata a diventare sempre più centrale e strategica. La Cina, senza particolari proclami ma con una visione industriale di lungo periodo, ha sviluppato negli ultimi quindici anni una filiera completa e integrata nel settore delle tecnologie per le energie rinnovabili, sia termiche sia elettriche. Grazie a costi produttivi competitivi, a una forte capacità di lavorazione dei materiali e a un deciso sostegno politico-industriale, il Paese domina oggi una quota rilevante della produzione mondiale di tecnologie strategiche, in particolare nel fotovoltaico e nelle batterie per veicoli elettrici, e sta consolidando una posizione sempre più forte anche nel settore delle pompe di calore residenziali.

Per i produttori europei, ragionare oggi in termini di sostenibilità e riciclabilità dei prodotti significa anche considerare il recupero e il riutilizzo delle materie prime critiche contenute nelle tecnologie che attualmente importiamo sotto forma di prodotto finito. Quelle stesse materie prime potrebbero infatti rappresentare, domani, una risorsa strategica per ridurre la dipendenza esterna e rafforzare l’autonomia industriale europea. In quest’ottica, il riciclo non è soltanto una scelta ambientale, ma un elemento essenziale di politica industriale, competitività e sicurezza economica per il continente.

Secondo la IEA (International Energy Agency) le filiere e le tecnologie necessarie, connesse al mondo delle rinnovabili, per la decarbonizzazione dell’UE, purtroppo, sono concentrate al di fuori del continente europeo, principalmente in Cina (in media per il 65% del totale, con punte del 90%) come emerge dall’Energy Technology Perspectives 2023 (report edito da IEA), vedasi figura 2.

LCA (Life Cycle Assessment)

La transizione energetica in atto nel settore delle costruzioni sta modificando profondamente il modo di progettare gli impianti di climatizzazione. Per molti anni il concetto di sostenibilità è stato associato quasi esclusivamente alla riduzione dei consumi energetici durante l’esercizio dell’edificio. Tale approccio ha portato allo sviluppo di tecnologie sempre più efficienti, come pompe di calore ad alte prestazioni, sistemi di ventilazione a recupero di calore, regolazioni evolute e soluzioni basate sulle fonti rinnovabili. Oggi, tuttavia, la crescente attenzione verso la decarbonizzazione dell’ambiente costruito impone una visione più ampia. Gli impatti ambientali non sono infatti limitati alla sola fase operativa, ma riguardano l’intero ciclo di vita dei sistemi e dei materiali che compongono l’edificio.

In questo contesto la metodologia Life Cycle Assessment (LCA), definita dalla UNI EN ISO 14040:2021 [8] e dalla UNI EN ISO 14044 [9], rappresenta lo strumento di riferimento per valutare in modo scientifico e quantitativo le prestazioni ambientali degli impianti HVAC. Le attività di ricerca sviluppate dall’International Energy Agency nell’ambito dell’IEA EBC Annex 72 “Assessing Life Cycle Related Environmental Impacts Caused by Buildings” [10] hanno contribuito in modo significativo a diffondere un approccio sistemico alla sostenibilità, evidenziando come gli impianti tecnici costituiscano una componente sempre più rilevante del bilancio ambientale complessivo degli edifici.

Con l’introduzione della Direttiva EPBD (Energy Performance of Buildings Directive) [11] e successivamente del concetto di edificio a energia quasi zero (nZEB), l’attenzione si è inizialmente concentrata sulla riduzione dei consumi durante la fase di esercizio. Parallelamente, numerosi studi hanno evidenziato che, negli edifici ad alte prestazioni energetiche, il peso relativo degli impatti associati ai materiali e agli impianti aumenta progressivamente.

Secondo l’approccio promosso dall’IEA EBC Annex 72, la valutazione della sostenibilità deve quindi considerare il cosiddetto Whole Life Carbon, ossia l’insieme delle emissioni di gas serra generate durante tutte le fasi del ciclo di vita:

• produzione dei materiali;
• fabbricazione dei componenti;
• trasporto;
• installazione;
•  utilizzo;
• manutenzione;
• sostituzione;
• demolizione;
• recupero e riciclo.

Per gli impianti HVAC questo approccio è particolarmente importante poiché molti componenti presentano cicli di vita significativamente inferiori rispetto a quelli dell’edificio. Un edificio può avere una vita utile di riferimento pari a 50 o 60 anni, mentre gruppi frigoriferi, pompe di calore, ventilatori, inverter e sistemi di automazione vengono normalmente sostituiti più volte durante tale periodo. L’applicazione dell’LCA agli impianti di climatizzazione si inserisce all’interno di un sistema normativo ormai consolidato.

Alla base troviamo:

• UNI EN ISO 14040:2021 – Principi e quadro di riferimento della valutazione del ciclo di vita;
• UNI EN ISO 14044 – Requisiti e linee guida per l’esecuzione degli studi LCA.

Per il settore delle costruzioni assumono inoltre particolare rilevanza:

• EN 15643 – Sustainability of Construction Works;
• EN 15804 – Environmental Product Declarations (EPD) per prodotti da costruzione;
• EN 15978 – Assessment of Environmental Performance of Buildings;
• ISO 21930 – Sustainability in Buildings and Civil Engineering Works;
• EN 16627 – Economic Performance Assessment of Buildings;
• EN 17472 – Sustainability Assessment of Civil Engineering Works.

Nel contesto impiantistico risultano inoltre particolarmente utili:

• EN 16798 – Prestazioni energetiche e qualità dell’aria interna;
• EN 378 – Sicurezza e aspetti ambientali dei sistemi frigoriferi;
• EN 14511 e EN 14825 – Prestazioni delle pompe di calore;
• EN 12599 – Prove e collaudo dei sistemi di ventilazione.

L’integrazione tra queste norme consente di passare da una semplice verifica energetica a una valutazione ambientale completa dell’intero sistema edificio-impianto.

Gli impatti ambientali dei materiali HVAC

Uno degli aspetti più innovativi evidenziati dall’IEA EBC Annex 72 riguarda la crescente importanza del carbonio incorporato (embodied carbon).

Negli impianti di climatizzazione le principali fonti di impatto sono rappresentate da:

• acciaio zincato per canali e strutture;
• rame per tubazioni e batterie di scambio;
• alluminio per scambiatori e carpenterie;
• materiali isolanti;
• componenti elettronici;
• refrigeranti;
• sistemi di automazione e controllo.

Le analisi LCA mostrano come il contributo ambientale di tali materiali possa rappresentare una quota significativa dell’impatto complessivo dell’edificio, soprattutto quando il fabbisogno energetico operativo viene drasticamente ridotto grazie all’efficienza energetica. Per questo motivo diventa sempre più importante utilizzare prodotti dotati di EPD verificate secondo EN 15804, in grado di fornire dati ambientali trasparenti e confrontabili.

Il ruolo delle EPD nella progettazione impiantistica

Le Environmental Product Declarations costituiscono oggi uno strumento fondamentale per integrare la sostenibilità nei processi progettuali.

Attraverso le EPD è possibile quantificare indicatori quali:

• Global Warming Potential (GWP);
• Acidification Potential;
• Eutrophication Potential;
• Ozone Depletion Potential;
• consumo di risorse energetiche;
• utilizzo di materie prime secondarie.

La disponibilità di questi dati consente ai progettisti di effettuare confronti oggettivi tra soluzioni alternative già nelle prime fasi di progetto.

Digitalizzazione, BIM e LCA

Una delle tendenze più interessanti evidenziate dall’Annex 72 riguarda l’integrazione tra Building Information Modeling (BIM) e Life Cycle Assessment. L’obiettivo è creare modelli digitali capaci di associare automaticamente ai componenti impiantistici:

• quantità;
• materiali;
• dati ambientali;
• costi;
• informazioni generali e di manutenzione.

Questa integrazione permette di valutare gli impatti ambientali già durante la progettazione preliminare, supportando processi decisionali più consapevoli. Nel prossimo futuro sarà sempre più frequente vedere piattaforme BIM collegate direttamente a database EPD e strumenti LCA, rendendo possibile una valutazione ambientale quasi in tempo reale.