Integrazione HEMS: la chiave per ottenere la massima efficienza della pompa di calore

I prossimi grandi progressi non deriveranno dal compressore, bensì dal modo in cui la macchina viene gestita.

I dati sul campo continuano a confermare lo stesso punto. Quando Octopus Energy ha analizzato le prestazioni della sua flotta di pompe di calore Cosy installate, le prestazioni stagionali tipiche in condizioni reali si sono attestate intorno a 3,6. Un valore solido, ma visibilmente inferiore ai 4,0 e oltre indicati sull'etichetta. Non c'era alcun guasto. Le unità funzionavano semplicemente come la maggior parte delle pompe di calore: con curve di riscaldamento fisse, insensibili ai prezzi dell'elettricità, indifferenti all'irraggiamento solare, accendendosi e spegnendosi continuamente invece di modulare in base al carico.

È proprio in quel divario tra l'efficienza dichiarata e quella effettivamente raggiunta che un sistema di gestione energetica domestica si rivela vantaggioso e dove gli installatori troveranno il loro prossimo margine di profitto.

## Cos'è un HEMS?

Un **Sistema di Gestione Energetica Domestica (HEMS)** è un livello software, in genere un'app, un servizio cloud e talvolta un controller locale, che monitora e coordina le risorse energetiche di una casa: pompa di calore, pannelli solari fotovoltaici, batteria, caricabatterie per veicoli elettrici e contatore. Il sistema legge i prezzi dell'elettricità, le previsioni meteorologiche e la produzione di energia solare, quindi decide automaticamente quando ciascun dispositivo deve funzionare, caricarsi o rimanere inattivo. L'obiettivo è ridurre i costi e i consumi senza che l'utente debba fare nulla.

## Cos'è SCOP?

Il **Coefficiente di Prestazione Stagionale (SCOP)** è il rapporto tra il calore fornito e l'elettricità consumata, calcolato come media sull'intera stagione di riscaldamento. Un SCOP di 3,6 significa che per ogni kWh di elettricità si ottengono 3,6 kWh di calore. L'etichettatura energetica europea si basa su questo valore, che viene misurato in condizioni di prova standardizzate che raramente corrispondono a un edificio reale, a un clima reale o a una tariffa reale.

Che cos'è lo spostamento del carico?

**La gestione del carico** (o flessibilità della domanda) consiste nel spostare il consumo flessibile di elettricità, come il riscaldamento degli ambienti, l'acqua calda e la ricarica dei serbatoi di accumulo, dalle ore di punta, più costose, alle ore a basso costo e a basse emissioni di carbonio, senza che nessuno si accorga di una differenza in termini di comfort. Un edificio riscaldato e un serbatoio dell'acqua calda pieno sono, di fatto, delle batterie termiche. La gestione del carico consiste nel ricaricarle al momento giusto.

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## L'economia si è già capovolta

Tre cambiamenti hanno fatto sì che l'integrazione del servizio HEMS passasse da caratteristica di punta a voce standard.

Innanzitutto, i prezzi dell'elettricità sono diventati un fattore di mercato. Le tariffe dinamiche orarie, introdotte per la prima volta nei paesi nordici e ora diffuse in Germania, Paesi Bassi, Francia e altri paesi, trasferiscono i prezzi all'ingrosso direttamente alle famiglie. In una notte ventosa, l'energia elettrica può costare una frazione del prezzo del tardo pomeriggio, e occasionalmente i prezzi diventano negativi quando le energie rinnovabili sovraccaricano la rete. Una pompa di calore che non ne è a conoscenza paga le tariffe di punta per svolgere un lavoro che avrebbe potuto essere svolto ore prima a un quarto del costo.

In secondo luogo, la casa si è trasformata in una piccola centrale elettrica. I pannelli solari sui tetti e i veicoli elettrici hanno spinto le famiglie a entrare nel settore dell'elettricità, volenti o nolenti. tado° calcola che l'80-90% del consumo energetico domestico sia ora concentrato in soli due carichi: il riscaldamento degli ambienti e la ricarica dei veicoli elettrici. Entrambi sono flessibili. Entrambi sono sprecati se utilizzati nell'orario sbagliato.

In terzo luogo, le reti hanno iniziato a pagare per la flessibilità. I ​​mercati della capacità e i programmi di gestione della domanda nel Regno Unito, in Francia, nei Paesi Bassi e nei paesi nordici ora pagano in denaro reale gli impianti in grado di ridurre o spostare il carico su richiesta. Una pompa di calore con serbatoio di accumulo è una delle fonti più economiche di flessibilità programmabile nel sistema elettrico, ma solo se c'è un sistema in grado di coordinarla.

## Cosa dicono realmente i numeri

L'ipotesi del risparmio ha smesso di essere teorica già da un po'.

Il dato più chiaro proviene da tado°, il cui sistema di controllo intelligente della pompa di calore sposta la produzione di riscaldamento e acqua calda nelle ore con le tariffe orarie più economiche. I risultati sul campo del 2023 hanno mostrato una riduzione annuale dei costi dell'elettricità di circa **€430, ovvero il 27%**, per una famiglia tipo, e fino a €4.300 in dieci anni.

Anche i consumi diminuiscono. L'Istituto Fraunhofer per la Fisica Edilizia ha verificato nel 2022 che i termostati intelligenti consentono di risparmiare fino al **28%** di energia per il riscaldamento. Le singole funzioni svolgono ciascuna un compito specifico: il rilevamento di presenza basato sulla geolocalizzazione fino al 23%, il rilevamento di finestre aperte fino al 12%, il controllo adattivo in base alle condizioni meteorologiche fino al 6%. Gli utenti di tado° registrano in media un risparmio del 22% nell'utilizzo quotidiano.

Mettendo insieme questi dati, una pompa di calore lasciata con le impostazioni di fabbrica può costare a una famiglia diverse centinaia di euro all'anno in elettricità che non avrebbe dovuto acquistare. Dato che le pompe di calore consumano già solo circa un terzo dell'energia del riscaldamento a gas o a gasolio, questo margine spesso determina se l'elettrificazione è conveniente per un determinato edificio.

C'è anche un aspetto macroeconomico da considerare: l'EHPA stima che gli impianti di pompe di calore installati entro il 2025 abbiano fatto risparmiare all'UE circa 9,7 miliardi di euro in importazioni di energia evitate.

## La checklist di integrazione per installatori e integratori

Una pompa di calore che comunica con un sistema HEMS è un prodotto diverso, e una vendita diversa, rispetto a una che non lo fa. Quando si specificano le apparecchiature per progetti che prevedono tariffe intelligenti, energia solare o gestione della domanda, quattro caratteristiche distinguono le macchine che si aggiudicano gli appalti da quelle che rimangono invendute.

**1. Protocolli aperti, non muri proprietari.** Modbus RTU/TCP rimane lo standard di riferimento, ma i progetti più importanti richiedono sempre più spesso EEBUS (lo standard per la domotica supportato dal settore energetico tedesco), la certificazione SG-Ready per l'interazione con la rete e OpenADR 2.0b per i programmi di gestione della domanda energetica. Un'unità bloccata dietro l'app cloud proprietaria di un produttore rappresenta uno svantaggio in una gara d'appalto.

**2. Modulazione profonda.** La gestione del carico funziona al meglio quando il compressore può ridurre la velocità e funzionare a cicli lunghi e lenti anziché accendersi e spegnersi continuamente. Le unità a inverter con ampi intervalli di modulazione mantengono l'efficienza a carico parziale, che è esattamente il regime operativo creato dal controllo HEMS.

**3. Acqua calda programmabile esternamente e accumulo di riserva.** Il serbatoio funge da batteria. Se il sistema HEMS non è in grado di gestirlo separatamente dal riscaldamento degli ambienti, metà del valore di flessibilità svanisce.

**4. Tolleranza elettrica per reti reali.** Le fluttuazioni di tensione, con picchi e cali improvvisi, sono normali in gran parte dell'area Asia-Pacifico. Le apparecchiature progettate per le stabili reti europee possono presentare guasti che poi generano controversie con i reparti di garanzia. Un ampio intervallo operativo rappresenta un vero e proprio elemento distintivo. TONGYI, ad esempio, progetta i suoi inverter CC R32 EVI per un intervallo di ingresso di 176-456 V, in modo che la stessa piattaforma possa funzionare su linee di alimentazione che vanno dalle zone rurali del Sud-est asiatico fino alle remote regioni australiane, con comunicazione Modbus aperta di serie.

Si sta verificando anche un cambiamento più discreto nel modello di business. Un installatore che realizza un'integrazione HEMS funzionante non sta vendendo un lavoro di messa in servizio una tantum. Sta stipulando un contratto di monitoraggio e ottimizzazione: entrate ricorrenti e un motivo per cui il cliente dovrebbe richiamarlo piuttosto che rivolgersi a chi offre il prezzo più basso la prossima volta.

## Dove andrà a finire

È prevedibile che la distinzione tra "pompa di calore" e "dispositivo energetico" scompaia del tutto. Le revisioni dell'etichettatura energetica dell'UE e i sistemi nazionali di flessibilità si stanno già orientando verso un sistema di pagamento basato sulle prestazioni effettivamente erogate e gestite, piuttosto che sulle prestazioni nominali. I produttori che considerano il livello HEMS (Heat Energy Management System) come un requisito di prodotto di primaria importanza, ovvero interfacce aperte, controllo granulare e logica di integrazione con la rete, saranno i primi a beneficiare di questo cambiamento. Chi invece commercializza prodotti "chiusi" si troverà sempre più spesso escluso dalle specifiche.

La generazione dei compressori ha portato alla realizzazione di pompe di calore che consumano un terzo dell'energia rispetto a quelle che hanno sostituito. La generazione dei sistemi di controllo è quella da cui proviene il restante terzo.

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## Domande frequenti

**Che cos'è l'integrazione HEMS per le pompe di calore?**
L'integrazione con un sistema HEMS (Home Energy Management System) consiste nel collegare una pompa di calore a un sistema di gestione energetica domestica, in modo che possa essere programmata e modulata automaticamente in base ai prezzi dell'elettricità, alla produzione di energia solare, alle previsioni meteorologiche e ai segnali della rete elettrica, anziché funzionare secondo orari fissi impostati da un timer. Questa integrazione avviene in genere tramite protocolli aperti come Modbus, EEBUS o interfacce SG-Ready.

**Quanto può risparmiare un sistema HEMS sui costi di gestione di una pompa di calore?**
I dati sul campo mostrano una riduzione di circa il 27% dei costi annuali dell'elettricità (circa 430 euro per famiglia nel set di dati tado° 2023) quando il controllo intelligente viene combinato con tariffe dinamiche orarie, oltre a riduzioni dei consumi fino al 28% verificate dall'Istituto Fraunhofer per la fisica degli edifici. I risultati variano in base al clima, alla tipologia di edificio e alla struttura tariffaria.

**Lo spostamento del carico termico rende la casa più fredda?**
No, non se fatto correttamente. La massa termica dell'edificio e il serbatoio dell'acqua calda assorbono energia prima delle ore in cui il costo è più basso, in modo che la temperatura interna rimanga entro circa un grado dal valore impostato. Lo strato HEMS si muove *quando* viene utilizzata energia; non compromette il comfort per farlo.

**Quali protocolli deve supportare una pompa di calore per l'integrazione con un sistema HEMS?**
Come minimo, Modbus RTU o TCP. Per i progetti europei, le certificazioni EEBUS e SG-Ready sono sempre più richieste; per i programmi di gestione della domanda energetica delle utility, OpenADR 2.0b. Il controllo proprietario esclusivamente in cloud è un campanello d'allarme per gli integratori.

**È possibile integrare un sistema HEMS (Health Energy Management System) in pompe di calore esistenti?**
Sì. I controller retrofit come il tado° Heat Pump Connector si collegano tramite la porta bus standard per il controllo remoto e introducono l'ottimizzazione della tariffazione dinamica nelle unità installate di marchi come Vaillant, Atlantic, Saunier Duval e Fujitsu, in circa 30 minuti di installazione.

**Perché questo è importante per i progetti commerciali e residenziali plurifamiliari?**
La scala moltiplica tutto. Negli sviluppi residenziali o commerciali leggeri, l'apertura dei protocolli e la capacità di interazione con la rete determinano l'ammissibilità ai ricavi derivanti dalla flessibilità, ai contratti di fornitura a tariffa dinamica e alla rendicontazione ESG. Le scelte relative alle apparecchiature effettuate in fase di specifica decidono se tali flussi di entrate esistano o meno.