Pompe di calore industriali: come funzionano e quando convengono

Il calore di processo è la voce energetica più difficile da decarbonizzare in un’azienda manifatturiera. L’energia elettrica si può autoprodurre, l’illuminazione si può efficientare, ma il vapore, l’acqua calda e il riscaldamento degli ambienti continuano quasi ovunque a dipendere da una caldaia a gas naturale.

Le pompe di calore industriali cambiano questo quadro per tutta la fascia di temperature fino a 150 °C, che copre una parte consistente dei fabbisogni termici industriali. Non bruciano nulla: prelevano calore da una sorgente a bassa temperatura e lo innalzano al livello richiesto dal processo, consumando energia elettrica che può a sua volta provenire da fonte rinnovabile.

Il punto delicato è che la convenienza dipende da un parametro che viene spesso citato male. Il COP dichiarato a catalogo è misurato in condizioni favorevoli; quello che conta per il conto economico è il rendimento medio nell’arco dell’anno, condizioni invernali comprese. Confondere i due numeri porta a stime di risparmio che l’impianto non manterrà.

FerPlant analizza i fabbisogni termici degli stabilimenti e valuta la sostituzione o l’integrazione dei generatori esistenti con pompe di calore, all’interno di percorsi più ampi di efficientamento energetico industriale.

Le tipologie a confronto

La scelta della tecnologia dipende dalla sorgente di calore disponibile in sito e dalla temperatura richiesta dall’utenza.

La differenza determinante non è tra le tecnologie ma tra le sorgenti: una pompa di calore che preleva da un flusso di scarto a temperatura costante lavora in condizioni molto più favorevoli di una che preleva dall’aria esterna a gennaio.

Il principio di funzionamento

Una pompa di calore è una macchina termodinamica che trasferisce energia termica da una sorgente a bassa temperatura a un’utenza che richiede calore a livello di temperatura più alto, mediante l’apporto di energia esterna. L’energia consumata — elettrica o termica — è inferiore a quella complessivamente trasferita all’utenza.

Il COP

Il rapporto tra energia termica utile ed energia consumata è il COP, Coefficient of Performance. Un COP di 3 significa che per ogni kWh elettrico consumato la macchina fornisce 3 kWh termici. Il confronto con una caldaia a gas, il cui rendimento non può superare l’unità, è quello che rende la tecnologia interessante.

COP nominale e COP medio stagionale

È la distinzione che fa la differenza in fase di valutazione economica, e quella più spesso trascurata.

Il COP nominale è misurato in condizioni di prova definite, con una temperatura della sorgente e una temperatura di mandata specifiche. È il valore che compare nelle schede tecniche ed è utile per confrontare macchine tra loro.

Il COP medio stagionale è il rendimento effettivamente realizzato nell’arco dell’anno, tenendo conto delle variazioni della temperatura esterna, dei cicli di sbrinamento e del funzionamento a carico parziale. Per le pompe aria-acqua è sensibilmente inferiore al nominale, perché il rendimento cala proprio quando il fabbisogno di calore è massimo. È questo il numero da usare nei calcoli di risparmio.

Tipologie per applicazioni industriali

Pompe di calore aria-acqua

La sorgente termica è l’aria esterna. COP nominale tipico 3,0-4,5 per temperature di mandata fino a 65 °C. Sono la soluzione più semplice e diffusa per il riscaldamento degli ambienti e l’acqua calda sanitaria, non richiedono opere di captazione e si installano rapidamente. Il limite è la dipendenza dalla temperatura esterna: le prestazioni calano quando fa freddo.

Pompe di calore acqua-acqua (geotermiche)

La sorgente è l’acqua di falda o un circuito geotermico a sonde verticali oppure orizzontali. COP nominale tipico 4,0-6,0, e soprattutto stabile durante tutto l’anno grazie alla temperatura costante del terreno, intorno ai 12-15 °C. I costi di installazione sono superiori per via delle perforazioni, ma le prestazioni sono eccellenti e costanti, e il divario tra COP nominale e COP stagionale è molto più contenuto rispetto alle aria-acqua.

Pompe di calore ad alta temperatura (HTHP)

Tecnologia in rapido sviluppo per applicazioni industriali. Raggiungono temperature di mandata fino a 90-150 °C con COP di 2,5-4,0, utilizzando refrigeranti specifici come R1234ze, R1233zd, CO₂, propano e butano. Sono adatte a processi di essiccazione, pastorizzazione, sterilizzazione, lavaggio industriale e teleriscaldamento ad alta temperatura: la fascia dove fino a pochi anni fa esisteva solo la caldaia.

Pompe di calore a CO₂ transcritiche

Utilizzano anidride carbonica (R744) come refrigerante naturale. Sono eccellenti per la produzione di acqua calda sanitaria a 60-90 °C partendo da temperature di sorgente molto basse, e hanno un GWP pari a 1, cioè l’impatto climatico minimo possibile per un refrigerante. Sono ampiamente utilizzate nel settore alimentare e alberghiero, dove il fabbisogno di acqua calda è continuo.

Applicazioni industriali

Riscaldamento degli stabilimenti

Sostituzione delle caldaie a gas per il riscaldamento degli ambienti produttivi e degli uffici. Il vantaggio è particolarmente marcato negli stabilimenti con coperture fotovoltaiche, dove l’energia solare alimenta direttamente la pompa di calore nelle ore centrali della giornata.

Acqua calda di processo

Produzione di acqua calda a 50-90 °C per lavaggi industriali, processi alimentari, sterilizzazione e tintura tessile. Le pompe di calore ad alta temperatura sostituiscono le caldaie a vapore per le applicazioni a media temperatura, con il vantaggio di un fabbisogno continuo che massimizza le ore di funzionamento.

Recupero di calore di scarto

È l’applicazione con il rendimento migliore in assoluto. Una pompa di calore può prelevare calore da flussi di scarto a bassa temperatura — acque reflue industriali a 20-40 °C, aria di scarico, condensatori di refrigerazione — e innalzarlo fino alla temperatura utile.

Il caso più efficiente si verifica quando si recupera il calore dal circuito di raffreddamento di un processo per riscaldarne un altro: la stessa energia viene pagata una volta e usata due, e la sorgente è disponibile in continuo a temperatura stabile, la condizione ideale per il COP.

Essiccazione industriale

L’essiccazione a pompa di calore in circuito chiuso è più efficiente di quella tradizionale a gas, con risparmi energetici del 40-60%. Si applica a legno, carta, ceramica, prodotti alimentari e fanghi di depurazione. Il circuito chiuso consente inoltre un controllo più preciso dell’umidità, che in alcune lavorazioni migliora la qualità del prodotto.

Raffrescamento e riscaldamento simultanei

Una pompa di calore produce contemporaneamente caldo e freddo. In un’azienda che ha bisogno di entrambi — per esempio riscaldamento degli uffici e una cella frigorifera — il rendimento complessivo è eccezionale, perché entrambi i lati del ciclo termodinamico producono un effetto utile anziché scaricarne uno in ambiente.

Integrazione con il fotovoltaico

L’abbinamento tra pompa di calore e impianto fotovoltaico è la combinazione più efficace per la decarbonizzazione termica di un sito industriale: il fotovoltaico produce elettricità a costo marginale quasi nullo e la pompa di calore la moltiplica in energia termica.

Esempio numerico. Un impianto fotovoltaico da 100 kWp in Nord Italia produce circa 120.000 kWh all’anno, concentrati nei mesi estivi. Il fabbisogno di calore si concentra invece nei mesi freddi: solo una parte della produzione solare può quindi alimentare direttamente la pompa di calore.

Ipotizzando che il 50% dell’energia fotovoltaica sia destinata alla pompa di calore — 60.000 kWh elettrici — e assumendo un COP medio stagionale realistico di 2,5-3, si ottengono 150.000-180.000 kWh termici. In sostituzione di una caldaia a gas con rendimento del 90%, equivalgono a circa 17.500-21.000 Nm³ di gas naturale: al prezzo attuale, incluse le accise, il risparmio si colloca tra 14.000 e 21.000 € all’anno sulla sola componente termica.

La quota di produzione solare effettivamente utilizzabile dalla pompa di calore dipende dal profilo di carico termico del sito. Dove esiste un fabbisogno di calore di processo costante tutto l’anno — acqua calda sanitaria, lavaggi, essiccazione — la percentuale sale sensibilmente; nel solo riscaldamento degli ambienti scende, perché la stagionalità dei due profili è opposta. Un accumulo termico permette di aumentarla, spostando il calore prodotto nelle ore soleggiate verso quelle in cui serve.

Aspetti economici e incentivi

L’investimento varia in funzione della tecnologia, della taglia e delle opere accessorie. Come ordine di grandezza, le pompe di calore aria-acqua industriali si collocano nella fascia più accessibile, le geotermiche richiedono un investimento superiore per via delle perforazioni, e quelle ad alta temperatura occupano una posizione intermedia con costi crescenti al salire della temperatura di mandata.

I tempi di ritorno sono sensibilmente più brevi quando l’impianto è abbinato al fotovoltaico, perché il costo dell’energia elettrica che alimenta la macchina scende. Gli strumenti incentivanti applicabili sono il Conto Termico 2.0, i Certificati Bianchi, il credito d’imposta Transizione 5.0 se l’intervento è associato a una riduzione documentata dei consumi, e le agevolazioni regionali. Le pompe di calore geotermiche e ad alta temperatura beneficiano generalmente di incentivi maggiorati.

Quando la pompa di calore non è la risposta

Vale la pena dirlo, perché evita valutazioni ottimistiche che poi non reggono al conto economico.

Sopra i 150 °C, e per il vapore ad alta pressione, la tecnologia oggi non arriva: servono ancora caldaie o soluzioni ibride. Nei processi con poche ore di funzionamento annue l’investimento fatica a rientrare, perché il risparmio è proporzionale alle ore. E dove il fabbisogno termico è esclusivamente invernale e la sorgente è l’aria esterna, il COP medio stagionale si colloca nella parte bassa della forchetta, proprio quando serve di più.

In questi casi la valutazione corretta confronta la pompa di calore con le alternative — recupero termico diretto, cogenerazione, soluzioni ibride — anziché darla per scontata.

Domande frequenti

Una pompa di calore può sostituire la caldaia a gas in un’azienda?

Per temperature fino a 65-70 °C sì, completamente. Fino a 90-150 °C le pompe di calore ad alta temperatura possono sostituire gran parte del fabbisogno. Per il vapore ad alta pressione, oltre i 150 °C, servono ancora caldaie o soluzioni ibride.

Conviene la pompa di calore in Nord Italia?

Sì. Le pompe di calore moderne funzionano efficacemente fino a -15/-20 °C. In Nord Italia il COP medio stagionale si colloca realisticamente tra 2,5 e 3,0 per le aria-acqua, mentre le geotermiche mantengono valori più alti e soprattutto stabili, perché la sorgente non risente della temperatura esterna. L’integrazione con il fotovoltaico compensa in parte il maggior consumo invernale.

Che cos’è il COP?

Il COP, Coefficient of Performance, è il rapporto tra energia termica prodotta ed energia elettrica consumata. Un COP di 3 significa che la pompa di calore produce 3 kWh di calore per ogni kWh di elettricità. Più alto è il COP, più efficiente è la macchina. Nelle valutazioni economiche va usato il COP medio stagionale, non quello nominale di catalogo.

Quanto spazio serve per un impianto industriale?

Le unità aria-acqua richiedono spazio esterno ventilato, tipicamente in copertura o a terra lungo il perimetro dello stabilimento. Le geotermiche occupano meno superficie in vista ma richiedono l’area per le perforazioni o le sonde orizzontali. Va inoltre previsto lo spazio tecnico per l’eventuale accumulo termico.

Serve sostituire i terminali esistenti?

Dipende dalla temperatura di mandata richiesta dall’impianto attuale. Più la temperatura necessaria è bassa, più alto è il COP: per questo la verifica dei terminali fa parte integrante della valutazione. In alcuni casi conviene intervenire anche su quelli, perché abbassare la temperatura di mandata migliora il rendimento per tutta la vita dell’impianto.

È vero che consuma molta elettricità?

Consuma elettricità al posto del gas, ma in quantità inferiore all’energia termica che restituisce: è il senso stesso del COP. L’effetto sulla bolletta elettrica va comunque verificato insieme alla potenza contrattuale disponibile, perché l’aumento di assorbimento può richiedere un adeguamento della fornitura.

Valutare una pompa di calore industriale

La valutazione parte dal profilo termico del sito, non dalla scheda tecnica della macchina.

FerPlant può analizzare i fabbisogni termici per livello di temperatura e distribuzione nell’anno, individuare le sorgenti di calore disponibili compresi i flussi di scarto oggi dissipati, stimare il COP medio stagionale realmente conseguibile, verificare la potenza elettrica disponibile e valutare l’integrazione con la produzione fotovoltaica e con un eventuale accumulo termico.

È possibile consultare alcuni progetti realizzati da FerPlant oppure contattare il team tecnico per richiedere una valutazione preliminare.

Contenuto aggiornato a settembre 2026. Tecnologie, normativa e meccanismi incentivanti possono cambiare: i valori di COP e i risparmi attesi devono essere verificati sulla configurazione reale dell’impianto e sui profili termici effettivi del sito.