Riqualificazione in condominio: sostituire la vecchia caldaia con sistemi a pompa di calore

Come è possibile riqualificare una centrale termica di un edificio condominiale? 

Negli ultimi anni, il “tormentone” energetico coincide con i termini riqualificazione, efficientamento energetico e diminuzione delle emissioni di gas serra, nocivi e particolati in atmosfera. La strada che si sta perseguendo sia in ambito industriale che in ambito residenziale dovrebbe quindi sfociare nello sfruttamento totale delle risorse energetiche con rendimenti prossimi o superiori al 100% (in funzione della tecnologia utilizzata), che ha come risultato quello di un corso circolare di flussi energetici, riducendo al minimo perdite ed emissioni e facendo in modo che la popolazione mondiale e l’ambiente in cui essa è sita non vengano compromessi.

Nelle grandi città d’Italia, ad esempio, uno dei problemi più influenti sulla qualità dell’aria è quello delle emissioni provenienti dagli impianti di riscaldamento condominiali, problema che si sta cercando di affrontare e risolvere proprio attraverso la riqualificazione delle centrali termiche e quindi con la sostituzione delle caldaie tradizionali obsolete (purtroppo ancora presenti in gran parte dei condomini esistenti) con nuove pompe di calore.

Tuttavia, tale soluzione non è sempre di facile realizzazione in quanto necessita di particolari accorgimenti.

Dunque, come è possibile riqualificare una centrale termica di un edificio condominiale? Quali sono le scelte progettuali che possono essere effettuate? A queste domande cercheremo di rispondere nei paragrafi seguenti, partendo dai significati che il termine “riqualificazione” può assumere.

Il significato di “RIQUALIFICAZIONE”

Per riqualificazione energetica dell’impianto termico si intendono tutte quelle operazioni, tecnologiche e/o gestionali, che mirano ad incrementare le potenzialità del sistema edificio-impianto e a migliorarne le prestazioni (garantendo dei rendimenti impiantistici elevati). Dal punto di vista economico, questa tipologia di interventi comporta un abbattimento dei costi energetici ed una valorizzazione degli immobili (soprattutto nel caso in cui si opti per tencologie che prevedono l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili). 

Nel caso di riqualificazione della centrale termica, oltre agli aspetti prettamente impiantistici occorre inoltre considerare le eventuali operazioni necessarie a garantire il rispetto delle norme in materia di sicurezza, tanto dal punto di vista antincendio (attraverso l’aggiornamento periodico del Certificato di Prevenzione Incendi,CPI) quanto dal punto di vista dei fluidi in pressione che circolano nelle tubazioni di distribuzione e nel generatore (attraverso l’aggiornamento del libretto matricolare INAIL).  

Occorre specificare che quest’ultima verifica è obbligatoria soltanto nel caso di generatori di calore soggetti alle prescrizioni di cui al D.M. 1.12.75, ovvero le caldaie, a fuoco diretto o non, alimentate da combustibile solido, liquido, gassoso e gli scambiatori di calore il cui primario è alimentato da fluido avente temperatura superiore a 110 °C .

Infatti, ad oggi, non ci sono prescrizioni nel caso in cui il generatore di calore coincida con una pompa di calore. In tali situazioni è comunque consigliabile prevedere i classici dispositivi di sicurezza, protezione e controllo anche se, tendenzialmente, son gli stessi produttori del generatore a fornire maggiori indicazioni sulla tipologia dei dispositivi da abbinare per il corretto funzionamento. 

Ricapitolando, l’atto di riqualifica una centrale ha il duplice scopo di rendere la stessa più efficiente e rispondente alle normative vigenti in termini di sicurezza. In questo articolo ci occuperemo maggiormente dell’ambito relativo all’efficientamento energetico, ma per poter comprendere come riqualificare al meglio una centrale termica, bisogna caratterizzarla per poter capire dove è possibile agire allo scopo di migliorarne il rendimento globale.

Cosa intendiamo per Centrale Termica

La centrale termica è il locale tecnico all’interno del quale risiedono i dispositivi necessari per la produzione di potenza in riscaldamento, acqua calda sanitaria e/o raffrescamento (sottosistema di generazione) ed una parte del sottosistema di distribuzione (distribuzione primaria). Chiaramente, non è necessario che tutti e tre questi elementi coesistano in centrale: in un edificio condominiale, infatti, nella grande maggioranza dei casi solo il riscaldamento e/o l’acqua calda sanitaria risultano essere centralizzati.

I dispositivi principali che solitamente sono situati in una centrale termica sono:

• Uno o più generatori di potenza termica (ad esempio una caldaia tradizionale/a condensazione, nel caso di centrali più antiquate oppure una pompa di calore o un sistema ibrido in centrali riqualificate in tempi più recenti);
• Uno scambiatore di calore o un separatore (non sempre necessario, ma spesso utilizzato in quanto aiuta a salvaguardare il generatore di calore);
• Uno scambiatore o un bollitore per la produzione di acqua calda sanitaria (nel caso in cui sia centralizzata);
• Uno o più vasi di espansione (nel caso in cui il circuito sia a vaso chiuso);
• Pompe di circolazione per permettere ai fluidi in pressione di scorrere nelle tubazioni primarie e secondarie;
• Collettori di mandata e di ritorno (in funzione delle caratteristiche delle rete di distribuzione);
• Canale da fumo e canna fumaria (nel caso di centrali con caldaie a combustione);
• Dispositivi per la sicurezza dei fluidi in pressione, come precedentemente enunciato.

Nelle centrali più “moderne” è poi possibile trovare uno scambiatore di teleriscaldamento, forma molto efficiente per recuperare calore di scarto proveniente da processi industriali, o ancora pompe di calore, che, come vedremo successivamente, si presentano differenti in funzione della tipologia di macchina.

Esempi di centrale termica condominiale

Nonostante la tipologia e la varietà di dispositivi all’interno di una centrale termica sia abbastanza “standard”, il locale tecnico può risultare sempre diverso. Questa varietà è dovuta, in primis, agli ambienti a disposizione adibiti a locali tecnici, i quali possono risultare più o meno voluminosi, ma anche alle potenze in gioco da fornire ai locali riscaldati e alle tipologie di generatori usati.

Riqualifica di una centrale esistente attraverso la sostituzione di una caldaia con una pompa di calore

Un progettista che deve effettuare un intervento di riqualificazione energetica di una centrale termica, andando a sostituire il generatore di calore esistente con una pompa di calore, ha la necessità di adattare tutte le nuove installazione al locale già presente oppure, ove possibile, sfruttare ulteriori locali come sottostazioni o ancora sfruttare degli spazi esterni. 

Di seguito ci si pone l’obiettivo di indicare quali sono le possibili scelte nel caso in cui si voglia effettuare questa tipologia di intervento. Tuttavia, al fine di comprendere al meglio le soluzioni attuabili occorre fornire una breve descrizione di tale tecnologia. 

Cos’è una pompa di calore? 

Una pompa di calore a compressione di vapore è un dispositivo che sfrutta un fluido frigorigeno (come R-410 A oppure R32, tra i più diffusi), il quale attraverso i processi di evaporazione e condensazione, rispettivamente all’evaporatore e al condensatore, sottrae e cede flusso termico con un ambiente da climatizzare.

Principio di funzionamento di una pompa di calore a semplice compressione di vapore

Con un principio di funzionamento abbastanza semplice, la pompa di calore rappresenta una valida alternativa per la sostituzione di una caldaia tradizionale, rispetto alla quale presenta ulteriori vantaggi ma anche alcuni svantaggi. 

Se da un lato tale tecnologia è caratterizzata dall’assenza di combustione, da emissioni molto ridotte (legate alla potenza elettrica assorbita e dalla fonte di produzione dell’energia elettrica), da altissime efficienze e dalla possibilità di poter fornire potenza termica e frigorifera, dall’altro essa è difficilmente regolabile in condizioni scarsamente stazionarie, ha ingombri generalmente elevati e, funzionando al meglio a basse temperature, potrebbe richiedere delle modifiche al sottosistema di emissione (sostituzione della tipologia dei terminali, o implementazione degli elementi nel caso di radiatori). 

In ultimo luogo, è importante ricordare che, non sfruttando il principio di combustione, la pompa di calore sfrutta risorse naturali e sostenibili; in funzione delle sorgenti e dei fluidi termovettori, queste macchine sono classificabili come:

Alcune problematiche riscontrabili durante la riqualifica di una centrale esistente e linee guida per risolverle

Delineato il principio di funzionamento di massima di una pompa di calore è necessario rapportarlo alla realtà: una macchina di questo tipo richiede diversi accorgimenti che non sempre sono compatibili dal punto di vista pratico con il medesimo luogo in cui è attualmente sita una caldaia. 

Se la scelta è una pompa di calore aria-acqua? Ecco le accortezze da avere

Poniamo, ad esempio, il caso in cui ad un progettista venga richiesto di sostituire una caldaia tradizionale con una pompa di calore aria-acqua. 

Come già accennato in precedenza, tale dispositivo utilizza come sorgente fredda l’aria prelevata proprio dall’ambiente esterno e come termovettore usa l’acqua per i terminali. Per poter scambiare potenza termica tra due fluidi aventi calore specifico molto diverso (cp, aria ∿ 0.001*cp, acqua), la macchina, oltre a dover essere compatibile per l’installazione all’interno, deve poter godere di una portata sufficientemente elevata di aria con velocità pari a quelle caratteristiche della ventilazione naturale (∿ 2 m/s)  e ciò si traduce solitamente in superfici di captazione molto elevate.

Inoltre, per poter garantire una corretta espulsione dell’aria , è necessario che le aperture di presa ed estrazione dell’aria siano diametralmente opposte. Queste condizioni sono sempre garantite? Certo che no. Infatti, se la centrale termica è di dimensioni ridotte, presenta ingombri particolari non rimovibili e, soprattutto, non possiede aperture in grado di garantire un corretto ricircolo di aria esterna (sia in funzione delle caratteristiche geometriche che di posizionamento), allora il funzionamento alle condizioni di progetto potrebbe non essere garantito e sarà quindi necessario prevedere un altro luogo di installazione. 

Nella maggior parte dei casi, una soluzione, è quella di posizionare l’unità all’esterno, in modo da avere una ventilazione naturale sempre garantita e una portata di aria esterna sempre idonea al funzionamento in potenza di progetto.
Se si opta per tale soluzione occorre tuttavia prestare particolare attenzione all’aspetto acustico in quanto, in funzione della localizzazione dell’intervento e dei regolamenti comunali (edilizi e/o di igiene), potrebbe essere necessaria una valutazione di impatto acustico e quindi prevedere opportune tecnologie di mitigazione.
Inoltre, nel caso in cui si opti per l’installazione all’esterno, bisogna in ogni caso prevedere una centrale termica all’interno del quale alloggiare i restanti componenti impiantistici (puffer di accumulo, vasi di espansione, pompe di circolazione, etc.)

E se la scelta è una pompa di calore acqua-acqua oppure terra-acqua?

Questi intoppi potrebbero verificarsi anche con una pompa di calore acqua-acqua oppure terra-acqua?

Le centrali termiche che ospitano queste tecnologie, e che quindi non sfruttano come sorgente fredda l’aria esterna, non richiedono particolari aperture di ventilazione (ad eccezione di quelle necessarie ai fini antincendio). Pur non essendo soggette a tale problematica, esse non sono esenti da altre difficoltà logistiche come ad esempio le dimensioni geometriche della centrale ed il collegamento con i pozzi di emungimento ed estrazione (nel caso di pompa di calore ad acqua di falda) o con le sonde geotermiche. 

Il posizionamento dell’accumulo inerziale di acqua tecnica

Una situazione che riguarda indistintamente qualsiasi tipologia di pompe di calore è, infine, il posizionamento dell’accumulo inerziale di acqua tecnica.

Tale componente, in abbinamento ad una pompa di calore, permette non solo di ottimizzarne la resa ma anche di posticiparne il fine vita, limitando i cicli di accensione e spegnimento e garantendo un funzionamento a carico pressoché costante. Il puffer inerziale, appositamente dimensionato in funzione della potenza termica della pompa di calore e delle caratteristiche dell’impianto, può risultare  particolarmente ingombrante (soprattutto nel caso di fabbisogni elevati) ed il suo posizionamento all’interno di una centrale termica, magari di modeste dimensioni, potrebbe essere problematico.

Oltretutto, l’accumulo non può essere posto esternamente, perché nonostante un corretto isolamento, dissiperebbe troppo calore a discapito dell’efficienza dell’impianto. A questa problematica in genere si può ovviare con la creazione di sottocentrali termiche che permettano un’estensione del volume totale di locali tecnici, permettendo l’inserimento di dispositivi anche molto voluminosi.

Queste sono le scelte che può trovarsi a dover effettuare un progettista che vuole riqualificare una centrale termica, sostituendo un vecchio generatore obsoleto con una pompa di calore.

Illustrazione delle varie tipologie di pompe di calore in funzione di termovettori e sorgenti esterne

Gli altri dispositivi presenti in centrale

Ulteriori punti saldi da considerare quando viene riqualificata una centrale termica sono relativi a tutti gli altri dispositivi presenti in centrale. Infatti, come descritto precedentemente, se da un lato quando si sostituisce un generatore a combustione con una pompa di calore, non ci sono obblighi relativi ai dispositivi di sicurezza per fluidi in pressione, ciò non esclude che molti dei dispositivi già presenti in centrale siano assolutamente necessari per il corretto funzionamento dell’impianto con nuovo generatore.

Un esempio è il vaso di espansione (o più di uno, dipende dalla centrale da riqualificare e quali sono le scelte post riqualificazione) che deve essere ridimensionato in funzione delle nuove portate e delle nuove potenze in gioco. 

Ulteriore accorgimento consiste nell’installare, qualora non fossero già presenti, oppure sostituire componenti quali separatori o scambiatori tra circuito primario e secondario (particolarmente soggetti a sporcamento delle proprie tubazioni) oppure l’installazione di un trattamento delle acque risultano ulteriori interventi utili di riqualificazione.

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