Come si sceglie un generatore di calore? Cosa c’è da sapere su caldaie, pompe di calore e teleriscaldamento

Quando si vuole sostituire un generatore di calore tradizionale con uno di nuova generazione è necessario conoscere le peculiari caratteristiche delle differenti alternative presenti sul mercato.

Non esiste, infatti, una scelta che risulterà sempre migliore di un’altra, ma in funzione dei differenti princìpi di funzionamento di ogni generatore, si hanno dei vantaggi specifici in termini di comfort termico, termoigrometrico e di consumi energetici (ridotti di almeno il 30-40% rispetto alle tradizionali caldaie, ormai obsolete).

Vediamo, di seguito, quali sono le variabili in gioco e criteri di scelta da seguire.


Come si genera il calore per riscaldare un ambiente?

Parlare di “generazione” o “produzione” di calore può essere termodinamicamente equivocabile: il calore non è altro che energia termica, per cui non viene generata ma può essere scambiata tra due fluidi a temperatura diversa tra loro. Il flusso di calore va sempre dal fluido a temperatura maggiore a quello con temperatura minore, nel rispetto dei due princìpi della termodinamica.

 

Come si genera il calore per riscaldare un ambiente?

Figura 1. Schema esemplificativo di flusso scambiato tra corpi/fluido a temperatura differente (T1>T2)

 

Esistono dunque tre meccanismi di scambio di energia termica:

  1. Conduzione: scambio di calore tra due corpi a temperatura differente, senza spostamento di molecole, l’energia si trasmette per contatto diretto;

  2. Convezione: scambio di calore tra fluidi, maggiormente sfruttato nei generatori di calore e nei terminali di emissione con ambiente di scaldare; avviene con spostamento di molecole dei fluidi di interesse;

  3. Irraggiamento: il calore viene irradiato da un corpo radiante verso l’ambiente circostante più freddo;

Da quanto detto emerge che, qualsiasi sia il meccanismo di scambio di energia termica, la discriminante è sempre un parametro fondamentale: la temperatura.

È bene, dunque, non confondere mai l’alta temperatura con un maggior flusso scambiato tra corpi o fluidi: infatti, non è il valore assoluto della temperatura di un corpo a fare la differenza, bensì la differenza di temperatura tra lato caldo e lato freddo; questo implica che il medesimo flusso di potenza può essere scambiato sia a basse (35-45 °C) che ad alte temperature (75-85 °C). Considerando che è fisicamente più difficile raggiungere alte temperature massimizzare il risparmio energetico, è più conveniente lavorare a basse temperature, ove possibile. Vediamo allora quali sono i principali generatori di calore utilizzati per scaldare un ambiente e quali sono i criteri per scegliere una tipologia piuttosto che un’altra.

 

Classificazione dei generatori di calore

I generatori di calore per la climatizzazione invernale o per la produzione di acqua calda sanitaria possono essere classificati in base a differenti caratteristiche:

  • per tipo di combustibile,
  • per temperature di esercizi,
  • per principio di funzionamento.

Generatori a combustibili fossili: generalità

Tra i generatori a combustibile fossile esistono tecnologie ormai obsolete come le caldaie tradizionali ed altre molto più efficienti, come le caldaie a condensazione.

Una caldaia standard sfrutta l’energia scaturita dalla combustione di un combustibile (liquido o gassoso in genere) per scaldare l’acqua all’interno di uno scambiatore, tale fluido termovettore servirà i terminali di emissione (radiatori, pannelli radianti, ventilconvettori, ecc.), mentre i fumi saranno emessi in atmosfera ad alta temperatura (circa 150°C).

Una caldaia a condensazione, invece, preriscalda l’acqua attraverso un primo scambiatore che permette la cessione di calore dai fumi umidi al fluido termovettore. Tale sottrazione di energia termica dai fumi fa condensare il vapore presente negli stessi. Il resto del processo rimane identico, ma il risultato è un aumento del rendimento della macchina e una diminuzione drastica della temperatura di uscita dei fumi (60°C circa).

Il risparmio energetico è evidente e notevole (anche fino al 40%), grazie ad un semplice procedimento che prevede lo sfruttamento ottimale dell’energia termica ancora disponibile nei fumi derivanti dalla combustione; tale energia sarebbe invece sprecata con una caldaia tradizionale. Va da sé che, ad oggi, qualora si volesse installare una caldaia in casa o in centrale termica, la scelta deve ricadere su una tipologia a condensazione ad alto rendimento al fine di rispettare i requisiti richiesti da DM requisiti minimi 26 Giugno 2015; dunque, non sono più ammesse caldaie tradizionali.

 

Caldaie a condensazione

Tra i generatori a combustibile fossile, la caldaia a condensazione è certamente quello che merita un’attenta analisi in termini prestazionali ed economici.

È bene notare che il suo principio di funzionamento lo esclude intrinsecamente dai generatori a fonte rinnovabile: il semplice fatto di aver necessità di combustibile fossile, infatti, la rende vincolata ad una sorgente non sostenibile.

Il dubbio sorge spontaneo: questa tipologia di generatore di calore è davvero valida? La risposta alla domanda è sì.

In un momento di transizione ecologica come quello che l’intera umanità sta attraversando, non è ipotizzabile uno scenario che elimini istantaneamente tutto ciò che non funzioni con fonti rinnovabili e di conseguenza una possibile strada da perseguire è quella di sviluppare tutti gli interessanti progetti basati sulla sostenibilità del rinnovabile, staccandosi gradualmente dalla necessità del fossile.

Dunque, in questa ipotesi di scenario, la caldaia a condensazione, con i suoi vantaggi in termini di rendimento e temperature dei fumi in uscita molto più basse rispetto alle caldaie tradizionali, diventa fondamentale. Essa permette, con costi molto contenuti, di ridurre i consumi energetici e le emissioni di NOx, SOx e CO2 che sono tra le principali fonti di inquinamento diretto e indiretto dell’atmosfera terrestre. Tali riduzioni sono ancora più evidenti se l’installazione del generatore viene associato ad un intervento di coibentazione dell’involucro opaco o trasparente, grazie ai quali si abbattono i fabbisogni energetici.

Come fa una caldaia a condensazione a ridurre i consumi energetici? Come spiegato precedentemente, lo sfruttamento del calore di condensazione del vapore contenuto nei fumi umidi, non solo aumenta la quota di energia sfruttata dal generatore, ma consequenzialmente permette l’uso di fluidi di mandata a temperatura minore, a parità di potenza scambiata e di superficie dei corpi scaldanti all’interno della zona climatizzata. Ad esempio, se sto scaldando un locale con dei radiatori sfruttando una caldaia a condensazione posso inviare il fluido termovettore ad una temperatura di circa 65°C-70°C contro i tipici 80°C-85°C di una caldaia standard; tali temperature si abbassano ancora di più se si usano terminali idonei al funzionamento a bassa temperatura come ventilconvettori o pannelli radianti a pavimento, a parete o a soffitto.

Abbassare la temperatura del fluido, si traduce minore quantità di energia necessaria dalla combustione e quindi in un minore consumo di combustibile.

Ulteriore vantaggio assolutamente non trascurabile di una caldaia a condensazione è la velocità del transitorio verso il funzionamento a regime (non ha grosse inerzie termiche, riesce a fornire immediatamente il fluido termovettore alla temperatura necessaria per i terminali o per la produzione di acqua calda sanitaria). Questa caratteristica la rende preferibile rispetto agli altri generatori di calore nei casi in cui l’impianto sia poco soggetto a funzionamento continuo e, allo stesso tempo, si desideri soddisfacimento istantaneo del fabbisogno di riscaldamento o acqua calda sanitaria: se ad esempio si vuole installare una caldaia a condensazione in una casa poco abitata (una seconda casa, magari in una zona montana), la scelta risulta certamente più azzeccata rispetto a una pompa di calore, che invece ha dei tempi più lunghi per il raggiungimento del funzionamento in regime.

Ulteriore e considerevole vantaggio è quello di poter funzionare insieme ad una pompa di calore: infatti, sono ormai tecnologie ben consolidate i sistemi ibridi costituiti da una pompa di calore, che sfruttano aria, acqua o il suolo come sorgenti fredde, associate a caldaie a condensazione che fungono da ausiliario solo nei momenti di avvio dell’impianto o quando le condizioni esterne non permettono il funzionamento della pompa di calore.

In ultimo luogo, ma non per importanza, l’ottimale campo di regolazione e modulazione dell’energia erogabile dalla caldaia, grazie agli ormai avanzati sistemi di connessione tra i cronotermostati GSM e la scheda madre elettronica installata direttamente sul generatore, che permette di erogare la potenza realmente necessaria in funzione delle condizioni lette da cronotermostato nell’ambiente riscaldato, senza sprecare combustibile, abbattendo quindi i consumi.

 

Vantaggi e svantaggi di una caldaia a condensazione

Tabella 1. Vantaggi e svantaggi di una caldaia a condensazione.

 

Pompe di calore

Ulteriore opzione molto valida per la generazione del calore sia per condomìni che per piccole monofamiliari e plurifamiliari è la pompa di calore: il suo principio di funzionamento è molto diverso rispetto a quello di una caldaia tradizionale o a condensazione; infatti, questo particolare generatore non sfrutta combustibili fossili e di conseguenza non comporta emissioni dirette derivanti da combustione. 

Come funziona, allora, una pompa di calore? Precedentemente abbiamo definito come il calore non venga mai “prodotto” dal nulla, ma viene ottenuto scambiando energia in un procedimento (come ad es. la combustione); una pompa di calore si basa proprio sullo scambio di flussi termici tra fluidi attraverso uno scambiatore. In particolare, il fluido circolante in una pompa di calore è detto fluido refrigerante perché possiede delle caratteristiche fisiche tali da evaporare a temperature relativamente basse e condensare a temperature più alte rispetto a quelle dell’acqua.

Una pompa di calore classica è caratterizzata da un ciclo a semplice compressione di vapore, schematizzabile come segue:

 Schema del ciclo termodinamico di una pompa di calore a compressione di calore

Figura 2. Schema del ciclo termodinamico di una pompa di calore a compressione di calore.

 

Il fluido refrigerante circola grazie ad un compressore (che rappresenta il consumo elettrico della pompa di calore e unica potenza in ingresso nel sistema) e viene forzato in due scambiatori: il condensatore e l’evaporatore; questo ciclo permette ad una pompa di calore di funzionare in modalità reversibile, ovvero sia in riscaldamento che in raffrescamento estivo.

In parole povere, quando la pompa di calore funziona in modalità di climatizzazione estiva, il refrigerante che circola all’interno dell’evaporatore, evapora grazie al calore sottratto da un fluido termovettore (acqua o aria, a seconda dell’impianto utilizzato), mentre in inverno il funzionamento avviene lato condensatore, in cui il refrigerante condensa cedendo energia termica al termovettore. 

Il punto di forza della pompa di calore, come si può evincere dal principio di funzionamento, è dunque quella di non avere nessuna emissione di inquinanti, sfruttando esclusivamente energia elettrica senza combustione; tuttavia, ciò non vuol dire che una pompa di calore non abbia impatto sull’ambiente, perché questo lo si potrebbe garantire solo se l’energia elettrica in ingresso nel sistema fosse derivante da fonti completamente rinnovabili.

 

Esempio pratico può essere quello relativo a una villetta monofamiliare che, in fase di riqualificazione energetica, vede la sostituzione di una vecchia caldaia con una pompa di calore associata ad un impianto fotovoltaico per la produzione di energia elettrica rinnovabile, magari con un accumulo in grado di sfruttare quell’energia anche in assenza di irraggiamento solare.

 

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Indice degli argomenti trattati nell'articolo:

  • Come si genera il calore per riscaldare un ambiente?
  • Classificazione dei generatori di calore.
    • Generatori a combustibili fossili: generalità.
    • Caldaie a condensazione.
    • Pompe di calore.
      • Classificazione in funzione della sorgente e del termovettore.
      • Classificazione in funzione dell’alimentazione.
        • Pompe di calore a compressione di vapore.
        • Pompe di calore ad assorbimento.
        • Pompe di calore endotermiche.
  • Teleriscaldamento.
  • Un confronto tra i sistemi di generazione di calore.