Aria fresca dalle profondità
Le decisioni politiche legate all’emergenza climatica e la necessità di utilizzare risorse indigene per la produzione energetica, orientano i fornitori di energia verso sistemi più sostenibili ed efficienti. La città di Zugo utilizza la risorsa più vicina e disponibile in grande quantità: l’acqua del lago su cui si affaccia. Il potenziale termico offerto da questa fonte quasi inesauribile permetterà di climatizzare gli edifici, siano essi uffici, residenze, spazi commerciali e alcuni servizi come i data center. Un’infrastruttura di tale complessità, che serve tanti e diversi utilizzatori, necessita di una progettazione specifica, di controllo e di regolazioni adeguate.
Il cuore pulsante del sistema è la centrale a lago, punto da cui la risorsa termica viene distribuita. La struttura dedicata al pompaggio dell’acqua è ben nascosta, realizzata sottoterra, di fronte ai campi da basket all’aperto e alla palestra, in zona Schützenmatt. Sotto la grande apertura nel terreno operano le pompe che prelevano l’acqua dal centro del lago ad una distanza di 400 m dalla riva e a 26 m di profondità, dove è possibile sfruttare la temperatura del fluido, relativamente costante tra i 4 °C e gli 8 °C, durante tutte le stagioni dell’anno. Dall'esterno la centrale risulta molto silenziosa, protetta da pesanti portelloni in metallo che prevengono la propagazione del rumore delle macchine all’interno della sala sotterranea.
La funzione della centrale a lago è principalmente quella di pompare il fluido negli scambiatori di calore, i quali riforniscono le centrali di quartiere tramite un anello di distribuzione rigorosamente separato dal circuito dell’acqua di lago. Queste servono – e serviranno sempre più in futuro – varie zone della città, a partire dal centro e dalle zone di più recente sviluppo urbano. Dalle centrali di quartiere il calore viene trasferito ulteriormente ai circuiti locali per la rispettiva fornitura di calore o, se richiesto e necessario, per il raffreddamento.
Per servire la rete di raffreddamento gli scambiatori a bassa temperatura trasferiscono il fluido freddo ottenuto dall'acqua di lago e lo distribuiscono tramite una rete dedicata. Per le utenze che necessitano di riscaldamento, le pompe di calore scambiano con la stessa fonte e generano calore a elevata temperatura. Il processo fisico alla base del funzionamento delle pompe di calore è descrivibile come un ciclo frigorifero, ma percorso in senso inverso. La temperatura del fluido di scambio termico – di 4 - 8 °C – , provoca l’evaporazione del gas refrigerante contenuto nei circuiti della macchina. Successivamente uno o più compressori aumentano la pressione del gas, che quando viene liquefatto nel condensatore è in grado di fornire temperature più elevate, intorno ai 70 °C. A questo punto il calore viene trasferito alla rete locale di riscaldamento per la distribuzione puntuale ai singoli utenti.
Grazie alla fonte disponibile e al ciclo termodinamico utilizzato, la generazione di calore e di freddo risulta particolarmente efficiente. Il consumo elettrico per l’attivazione dei compressori è una frazione del calore generato. Trattandosi di un sistema che causa una minima variazione della temperatura del lago, gli effetti sull'ambiente sono trascurabili: vengono infatti rispettati, senza deroghe, i rigidi regolamenti ambientali in materia. La riduzione dell'impatto sull'ecosistema, è infatti uno dei principali obiettivi e non si limita soltanto alla diminuzione delle emissioni inquinanti o clima-alteranti.
WWZ AG, ex Wasserwerke Zug, ha trasformato e ampliato il proprio ambito di attività negli anni: da semplice fornitore di elettricità e acqua, negli anni Settanta ha iniziato a costruire la rete via cavo che attualmente è la base per la fibra ottica, e nel 1990 ha collegato la regione alla rete europea del gas naturale. Oggi fornisce non solo energia nelle modalità tradizionali (elettricità, riscaldamento, raffreddamento, gas), ma gestisce e distribuisce anche dati, acqua e servizi di elettromobilità.
Già dall'aprile del 2020 è attiva la prima delle dieci centrali di quartiere previste, che serve il centro commerciale Metalli sorto nell'ex area industriale, il Parkhotel, la stazione ferroviaria FFS e altre proprietà. A regime per il riscaldamento si prevede una potenza complessiva di 18 MW che forniranno 70 GWh annui, mentre per il raffreddamento si prevede una potenza di 11 MW, con 10 GWh annui. Una volta completata, la rete Circulago dovrebbe risparmiare 25'000 tonnellate di emissioni di CO2 all'anno – equivalente alle emissioni annue di 3'200 case unifamiliari. Un «progetto generazionale», a detta di tutti gli attori coinvolti nella realizzazione: WWZ ha programmato un investimento di circa 100 milioni, che saranno ammortizzati in quattro decenni, per alimentare i suoi 18 km di rete di distribuzione.
Molti centri urbani in Europa stanno cercando di ridurre le proprie emissioni di CO2 incrementando l’efficienza dei sistemi di raffreddamento: in termini di potenza installata alla sorprendente capofila Svezia si accodano la Francia, la Finlandia, l’Italia e la Germania. La graduatoria cambia considerando l’energia raffreddante prodotta: nei paesi più a nord le necessità annue risultano inferiori, anche se il livello di efficienza è maggiore grazie al numero elevato di ore in cui gli impianti operano in freecooling. Considerando che, a livello europeo, le reti di raffreddamento coprono meno del 2% del fabbisogno, con i livelli di efficienza raggiungibili oggi e la richiesta di decarbonizzazione degli edifici il potenziale è sicuramente notevole.
La città di Vienna, che ha pianificato investimenti per oltre un miliardo nei prossimi 5 anni per raggiungere la neutralità climatica, offre una delle reti più ampie, anche per la produzione di freddo: 18 centri di teleraffrescamento forniscono da sette anni freddo sostenibile a edifici importanti come l'Università di Vienna, la Banca Nazionale, l'Hotel Kempinski e la Ringturm; a questi si aggiungeranno a breve il municipio e la Biblioteca Nazionale, chiudendo il Ring con un anello freddo capace di rispondere alle necessità di raffreddamento della parte più densa della città.
Cambiare gli «stati di aggregazione»
Un frigorifero ad assorbimento utilizza una fonte di calore (come l’energia solare termica, una combustione fossile, il calore di scarto industriale o delle reti di teleriscaldamento) per fornire l'energia necessaria al processo di raffreddamento. Il sistema prevede l'impiego di due refrigeranti, il primo dei quali effettua un raffreddamento per evaporazione, venendo in seguito assorbito dal secondo; il calore è una fonte necessaria per riportare i due fluidi allo stato iniziale. Il principio può essere utilizzato anche per climatizzare gli edifici sfruttando il calore di scarto di una turbina a gas o di uno scaldacqua.
A livello internazionale si ipotizza che nel 2050 l’energia necessaria per il raffreddamento e il riscaldamento saranno equiparabili data la crescente richiesta da parte delle attività legate all’IT, all’industria e alle nuove esigenze del settore residenziale. Il maggior fabbisogno porterà a una ulteriore domanda di energia elettrica in caso di installazione di sistemi tradizionali. In Svizzera si stima un possibile incremento nell’ordine dei 20 TWh, quasi un decimo dei consumi elettrici attuali. Tale cifra, preoccupante per il sistema e per gli obiettivi climatici futuri, potrebbe essere ridotta di oltre due terzi combinando, ad esempio, reti di teleriscaldamento e sistemi frigoriferi ad assorbimento.
Non sempre è possibile combinare caldo e refrigeratori ad assorbimento in maniera vantaggiosa. In alcuni casi è stato paradossalmente necessario aumentare le temperature del teleriscaldamento in estate, solitamente ridotte per evitare sprechi, per fare funzionare in maniera efficiente la macchina di produzione del freddo. L’esperienza in questo campo è oramai notevole, la fase di progettazione e di definizione dei fabbisogni risulta fondamentale per la buona riuscita del progetto e il funzionamento efficiente del sistema.
In ogni caso il kilowattora più pulito – che sia elettricità, riscaldamento o raffreddamento – è sempre quello che viene risparmiato. La tendenza generale è quella di ridurre le temperature delle reti per integrare al meglio altre fonti di energia decentralizzate: a Zugo, il raffreddamento – con l'aiuto del lago – sembra funzionare con sistemi a emissioni minime.
