Negli Stati Uniti c’è una città che sta provando a elettrificare il suo intero patrimonio edilizio entro la fine del decennio.
I 5.468 edifici che ricadono all’interno dei confini di Ithaca, capoluogo della contea di Tompkins, nello stato di New York (nella foto in alto), dovranno subire interventi di riqualificazione energetica nei prossimi cinque anni. Ciò significa sostituire tutte le infrastrutture a combustibili fossili con equivalenti elettrici, come pompe di calore e piani cottura a induzione.
A Ithaca il 70% delle emissioni proviene dagli edifici, e di queste il 70% dal riscaldamento degli ambienti.
Per aiutare la città a comprendere cosa sarebbe necessario fare per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori dell’Environmental System Lab (ESL) della Cornell University e del Rocky Moutain Institute (Rmi) hanno collaborato per creare un modello energetico e socio-economico degli edifici cittadini per analizzare i costi e l’impatto delle misure di ristrutturazione.
Nella loro analisi i due enti hanno cercato di capire quali misure sarebbero la migliore opportunità per una decarbonizzazione economicamente vantaggiosa e a quali proprietà andrebbe data priorità.
Cornell e Rmi sono riusciti a produrre modelli energetici dettagliati per l’intero parco edilizio, integrando due software.
Il primo è un modello energetico automatizzato degli edifici urbani (immagine in basso), che crea una replica digitale delle prestazioni energetiche di tutti gli edifici di Ithaca e testa le misure di ristrutturazione più comuni (aggiornamenti dell’efficienza energetica, elettrificazione dei sistemi di riscaldamento degli ambienti e dell’acqua e installazioni di pannelli solari) per identificare le combinazioni ottimali per ogni edificio preso singolarmente.
Il secondo è un “Green upgrade calculator”, che consente a operatori e analisti politici di valutare rapidamente i costi e i benefici ambientali delle soluzioni di decarbonizzazione residenziale.
L’analisi incrociata di questi due strumenti ha offerto due spunti cruciali replicabili anche in altre città che intendano realizzare progetti di elettrificazione su larga scala:
- Migliorare l’involucro edilizio prima dell’elettrificazione
L’elettrificazione dei riscaldamenti con pompe di calore ad aria è emersa come elemento sensibile dei piani di decarbonizzazione cittadini. Tuttavia, visti gli alti prezzi dell’elettricità, in media i costi energetici mensili modellati aumenterebbero di 43 dollari negli edifici commerciali e residenziali della città.
Un nuovo cappotto termico abbinato all’installazione di pompe di calore capovolgerebbe questo risultato, riducendo le spese operative mensili di 330 dollari.
Questo porterebbe la domanda di elettricità cittadina di un ipotetico futuro scenario completamente elettrico ad aumentare “solo” di circa il 13% rispetto allo status quo, mentre l’aumento potrebbe essere superiore al 33% nel caso non si facesse alcun miglioramento dell’isolamento termico degli edifici.
- Abbinare l’installazione di pannelli fotovoltaici
Alle pompe di calore andrebbero aggiunti anche impianti fotovoltaici domestici. Secondo l’indagine, per una casa a schiera costruita prima del 1980 riscaldata a gas naturale a Ithaca, l’aggiunta di una pompa di calore aria-acqua e interventi di isolamento e sigillatura delle perdite d’aria genererebbe circa 45 dollari di risparmi sui costi energetici annuali.
Con l’aggiunta di pannelli solari questa somma arriverebbe a 1.742 dollari, rispetto al continuare a utilizzare una caldaia a gas e un condizionatore d’aria senza alcuna modifica.
Il percorso ottimale
Questo approccio di modellazione è particolarmente utile nel fornire alle comunità linee guida su come ottimizzare i propri sforzi rispetto agli obiettivi.
Ad esempio, un governo locale che desideri ridurre il più possibile le emissioni di carbonio potrebbe partire dagli edifici che hanno i rapporti costi-benefici più elevati, misurati in chilogrammi di riduzione di CO2 per dollaro speso.
Il grafico mostra la distribuzione del rapporto costi-benefici in tutte le 5.468 proprietà di Ithaca, con il gruppo A che rappresenta il gruppo con il rapporto costi-benefici più elevato e il gruppo F che rappresenta quello più basso.
“Per differenziare i segmenti di clienti dell’elettrificazione, si evidenziano tre fattori”, spiega a QualEnergia.it Jingyi Tang, senior associate del team Cities del Rocky Moutain Institute, specializzata in linee guida per i finanziamenti federali e nella decarbonizzazione degli edifici. I tre fattori sono “il livello di reddito del proprietario dell’edificio, il tipo di edificio e l’anno di costruzione”.
Le barre iniziali all’estrema sinistra del grafico (gruppo A) costituiscono una piccola percentuale di case monofamiliari e multifamiliari in comunità a basso reddito. I gruppi C e D presentano entrambi un mix di case unifamiliari, case plurifamiliari ed edifici commerciali.
Gli edifici del gruppo A possono beneficiare di una serie di programmi di finanziamento, e quindi essere elettrificati a un costo minimo o nullo. “I residenti a basso reddito e gli edifici in comunità svantaggiate hanno più incentivi federali o statali a cui attingere per i loro sforzi di efficienza energetica e di elettrificazione, che portano a rapporti costi-benefici più elevati”, spiega Tang.
Questi programmi includono ad esempio l’Energy Efficiency Home Improvement Credit, l’Affordable Multifamily Energy Efficiency Program, che comprendono crediti d’imposta per pompe di calore residenziali, fotovoltaico residenziale e per la riduzione dell’imposta sull’intero edificio (elenco completo degli incentivi alle energie pulite forniti dal governo americano).
L’analisi Cornell-Rmi sottolinea inoltre che dare priorità agli sforzi di elettrificazione in queste aree non solo aiuta a ridurre le emissioni di carbonio, ma fornisce anche benefici per la salute, particolarmente importanti per i residenti vulnerabili.
Nel gruppo B ricadono invece alcuni edifici commerciali presenti nel centro cittadino che, contrariamente alle proprietà commerciali a risparmio energetico costruite più di recente (ad esempio, quelle nei Gruppi E e F), offrono elevate opportunità di riduzione delle emissioni.
Complessivamente il patrimonio edilizio cittadino è composto per l’83% da edifici residenziali, il 14% commerciali e il 3% misti. La maggior parte degli edifici ha più di cento anni.
In fase di lancio del progetto la stima era di 50mila dollari per edificio residenziale e 70mila dollari per edificio commerciale. Serviranno quindi 450 milioni per l’intera città, una parte dei quali dovrà ci si aspetta proverrà da investitori privati.
Oltre alla decarbonizzazione degli impianti residenziali, il piano per Ithaca comprende anche target a breve termine come la riduzione del 50% delle emissioni dovute ai trasporti entro il 2025.
In totale serviranno 2 miliardi di dollari per la totale elettrificazione e decarbonizzazione anche di questo settore. Ma con l’economia di scala gli analisti Cornell-Rmi sono convinti che i costi potrebbero ridursi del 30-40%.