La produzione di acqua calda sanitaria (ACS) è fondamentale per l'igiene e il comfort nelle nostre case. Quando si affronta la ristrutturazione di una casa, essa implica spesso l'adattamento degli impianti esistenti e l'ottimizzazione delle risorse disponibili. In questo contesto, viene spontaneo chiedersi quale sia il sistema ideale di produzione di acqua calda sanitaria, capace di bilanciare diverse variabili, tra cui l'efficienza energetica e i costi di realizzazione, e di limitare gli interventi edili.
Cos'è un Boiler a Pompa di Calore?
Il boiler abbinato alla pompa di calore è un sistema che combina la tradizionale tecnologia dei boiler con quella più moderna delle pompe di calore. Questa soluzione utilizza l’energia termica estratta dall’aria esterna per scaldare l’acqua, operando secondo principi di alta efficienza. È adatta alle diverse tipologie di abitazioni e facilmente integrabile con altri sistemi di riscaldamento.
Ma come funziona una pompa di calore? Senza voler essere troppo tecnici, è possibile spiegare il suo funzionamento molto semplicemente: si tratta di una macchina capace di estrarre e trasferire energia termica servendosi di diverse forme di energia. Il funzionamento di una pompa di calore è simile a quello di un frigorifero, ma invertito: mentre con il frigorifero il calore viene estratto dall’interno ed espulso all’esterno, la pompa di calore, in base allo stesso principio, fa esattamente il contrario. Per il riscaldamento invernale e l’acqua calda sanitaria, estrae calore da una fonte naturale (aria, acqua o terra) e lo trasporta all’interno dell’edificio.
Il suo principio di funzionamento è basato sull’estrazione dell’energia termica dall'aria e sul suo successivo trasferimento verso l’acqua in ingresso nel boiler.
Tipologie di Boiler a Pompa di Calore
Esistono diverse configurazioni di boiler a pompa di calore, tra cui:
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- Scaldacqua a pompa di calore monoblocco: Non ha l’unità esterna, tutti i componenti sono collocati in un alloggiamento compatto; La parte dedicata all'accumulo è generalmente sotto quella dedicata alla pompa di calore. Può essere installato sia all’esterno, in un vano tecnico, che all’interno, a pavimento o a parete.
- Scaldacqua in pompa di calore splittata: È dotato di due unità, un’unità esterna, come quella di un condizionatore che ospita i componenti più ingombranti, e un’unità interna che contiene l’accumulo. La separazione dei due elementi permette di avere uno scaldabagno che può essere installato internamente a parete e di vere un accumulo dalle dimensioni ridotte perché il gruppo frigo è contenuto nell'unità esterna.
Entrambi i sistemi citati sono performanti; quindi, la scelta tra sistema splittato e sistema monoblocco dipenderà dai volumi di ACS necessari per soddisfare le esigenze della famiglia, dalla possibilità o meno di poter installare un’unità esterna, e anche dal budget a disposizione.
Produzione di ACS con Scambiatore
Esistono diverse modalità di produzione di ACS mediante scambiatore:
- Produzione di ACS mediante accumulo di ACS e scambiatore a piastre: Questo sistema permette di scaldare l’acqua in poco tempo, ma evidenzia un’insidia dal punto di vista sanitario: ha un alto rischio di legionella, poiché comporta il ristagno dell’acqua potabile.
- Produzione di ACS mediante accumulo di acqua tecnica e scambiatore a piastre: L’acqua tecnica è l'acqua utilizzata per trasferire il calore alla rete dell'ACS senza entrare direttamente in contatto con l'acqua potabile. Il calore non viene immagazzinato nell’acqua potabile ma in un serbatoio di acqua tecnica in cui la stratificazione delle temperature garantisce la produzione di ACS.
- Produzione di ACS mediante accumulo di acqua tecnica e serpentino di scambio annegato: Questo sistema è simile a quello precedente con la differenza che il serpentino si trova dentro l’accumulo di acqua tecnica e svolge l’azione dello scambiatore di calore.
Vantaggi dell'Utilizzo di un Boiler a Pompa di Calore
L’utilizzo di un boiler con pompa di calore offre numerosi vantaggi, sia dal punto di vista economico che ambientale. Ecco alcuni dei principali benefici:
- Elevata efficienza energetica: Consumano molta meno energia elettrica rispetto agli scaldabagni tradizionali, grazie alla capacità di sfruttare l’energia termica presente nell’ambiente.
- Risparmio energetico: L’utilizzo di una fonte di energia pulita e rinnovabile come l’aria esterna permette di risparmiare fino al 70% dei consumi elettrici, oltre a eliminare completamente l’uso di gas metano o GPL e la conseguente emissione di sostanze nocive.
- Riduzione dei costi in bolletta: Il risparmio energetico si traduce in un importante abbassamento dei costi in bolletta.
- Versatilità: Puoi installare uno scaldacqua a pompa di calore sia in edifici di nuova costruzione che nelle ristrutturazioni. Questa tipologia di scaldabagno, infatti, offre vantaggi anche in termini di versatilità, non prevedendo un collegamento a una canna fumaria ma semplicemente all’impianto idraulico e a una presa di corrente, infine si può scegliere dove convogliare l'aria raffrescata prodotta dallo scaldabagno a pompa di calore.
- Sostenibilità ambientale: Utilizzando energia rinnovabile è possibile ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e le emissioni di gas serra, contribuendo alla sostenibilità ambientale.
- Incentivi fiscali: Un impianto a pompa di calore permette un considerevole risparmio energetico, diminuisce i consumi in bolletta e aumenta il valore commerciale dell’immobile, migliorandone la sua classe energetica. Per usufruire del Superbonus al 90% per l’installazione di una pompa di calore è necessario aver effettuato un doppio salto di classe energetica, così da godere della detrazione dall’Irpef nei successivi 5 anni. L’ecobonus è applicabile per tutti i sistemi di climatizzazione con pompa di calore ad alta efficienza, per portare in detrazione dall’Irpef o dall’Ires il 65% della spesa, per i successivi 10 anni. Questa detrazione per le ristrutturazioni edilizie è prevista per qualsiasi pompa di calore, anche non ad alta efficienza, purché finalizzata al risparmio energetico.
Considerazioni sull'Installazione e sul Funzionamento
Una pompa di calore con accumulo permette di avere una riserva di acqua calda sanitaria sempre a disposizione. Quando si decide di installare questo generatore, però, è necessario prevedere anche un serbatoio di accumulo destinato all’ACS e il motivo è semplice: solo una pompa di calore con accumulo può garantire la disponibilità di acqua calda, perché la pompa di calore non è in grado da sola di produrre acqua calda istantaneamente come fanno, invece, le caldaie a gas chiamate appunto “istantanee”.
La presenza del serbatoio di accumulo è il motivo principale per cui una pompa di calore occupa più spazio all’interno della casa, rispetto a una caldaia: le sue dimensioni, infatti, sono simili a quelle di un frigorifero pesante anche più di 300 Kg. Oltre a un locale dedicato con spazio sufficiente, quindi, è necessario che il solaio sia strutturato per reggere quel peso.
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Come dicevamo, diversamente dagli accumuli per l’acqua tecnica dell’impianto di riscaldamento, chiamati generalmente “puffer”, quelli per l’acqua calda sanitaria ACS (bollitori o boiler) contengono acqua potabile che è costantemente reintegrata dall’acquedotto. Sono costituiti da un contenitore coibentato riempito con acqua che viene riscaldata da uno scambiatore di calore presente all’interno del serbato stesso.
Normalmente la temperatura dell’acqua sanitaria dovrebbe essere attorno ai 40°C, limite al disopra del quale l’acqua può risultare troppo calda al contatto con la pelle. In alcuni casi, però, l’aumento della temperatura dell’acqua può rivelarsi utile: portando la temperatura dell’ACS a 50-55 °C, ad esempio, è possibile sfruttare un accumulo leggermente più piccolo, perché l’acqua all’uscita dal bollitore viene miscelata con quella fredda e di fatto la riserva di ACS viene diluita, consentendo di sfruttare più litri di quelli effettivamente a disposizione nel serbatoio.
Scambiatori di Calore: Componenti Chiave
Lo scambiatore di calore è uno dei componenti più importanti all'interno di una caldaia. Il suo compito è centrale: trasferire il calore generato dalla combustione all’acqua del circuito di riscaldamento permettendo il riscaldamento degli ambienti e, se previsto, la produzione di acqua calda sanitaria. Questo processo avviene grazie a principi termodinamici ben precisi e attraverso una progettazione ingegneristica che massimizza l'efficienza energetica.
Pertanto, lo scambiatore di calore è un’unità che permette il passaggio di energia termica da un fluido caldo a un fluido più freddo, senza che i due fluidi vengano a contatto diretto. Nelle caldaie, il fluido caldo è rappresentato dai gas di combustione prodotti dalla bruciatura di metano, GPL o altro combustibile; il fluido freddo, invece, è l’acqua del circuito termico. Questo scambio consente all’acqua di raggiungere la temperatura desiderata e circolare nei radiatori o negli impianti a pavimento. In assenza di questo componente, l’energia prodotta dalla combustione verrebbe dispersa e inutilizzata. Lo scambiatore si configura quindi come il “cuore della caldaia”: da esso dipende l’efficienza del sistema e la sua capacità di rispondere alla richiesta termica dell’abitazione.
Tipologie di Scambiatori di Calore
Esistono diversi tipi di scambiatori utilizzati nelle caldaie, ciascuno con caratteristiche progettuali specifiche che rispondono a esigenze diverse in termini di efficienza, compattezza e funzionalità. Alcune delle tipologie più comuni includono:
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- Scambiatore monotermico: Prevede l’utilizzo di due unità separate: una per il riscaldamento dell’acqua sanitaria e l’altra per il circuito di riscaldamento ambientale.
- Scambiatore bitermico: Integra in un’unica struttura i due circuiti, sanitario e di riscaldamento, che restano separati ma scorrono all'interno dello stesso corpo.
- Scambiatore a blocchi: Composto da due contenitori cilindrici, spesso radiatori o batterie, all'interno dei quali l’aria calda viene trasferita da un fluido all’altro.
- Scambiatore a piastre: Compatto ed efficiente, è costituito da una serie di piastre metalliche affiancate tra cui scorrono i due fluidi.
- Scambiatore a spirale: Caratterizzato da una lamiera avvolta a spirale, attraverso cui scorrono i due fluidi.
Materiali Utilizzati
I materiali usati nella costruzione dello scambiatore devono garantire resistenza termica, durata nel tempo e una buona conducibilità. I più comuni sono:
- Rame: Eccellente conduttore di calore, è molto usato negli scambiatori primari per caldaie tradizionali.
- Acciaio inox: Resistente alla corrosione e alle alte temperature. È spesso impiegato negli scambiatori a condensazione.
- Alluminio-silicio: Utilizzato in alcuni modelli di caldaie per via della leggerezza e della buona conduttività.
Manutenzione dello Scambiatore
L'efficienza degli scambiatori di calore è direttamente correlata alla loro manutenzione. Tali componenti tendono a intasarsi principalmente a causa del calcare presente nell'acqua o dei sedimenti ferrosi che si accumulano nel circuito del riscaldamento. Appare evidente che, quindi, la manutenzione periodica dello scambiatore è essenziale per garantire un funzionamento efficiente della caldaia e prolungarne la vita utile.
Le operazioni principali di manutenzione sono le seguenti:
- Decalcificazione: Viene effettuata con apposite pompe e prodotti disincrostanti che sciolgono i depositi senza danneggiare il metallo.
- Pulizia chimica o meccanica: A seconda della configurazione dello scambiatore, può essere necessario intervenire con prodotti chimici o smontare fisicamente l’elemento per una pulizia profonda.
- Verifica delle tenute e delle saldature: Eventuali perdite possono compromettere sia la sicurezza dell’impianto sia l’efficienza dello scambio termico.
Prodotti Tekno Point
Tekno Point offre soluzioni innovative per la produzione di ACS con pompe di calore:
- BACS: È il bollitore di Tekno Point adatto per pompe di calore grazie a un’ampia superficie di scambio. È disponibile con scambiatore fisso singolo o doppio e con uno o due serpentini in acciaio al carbonio. A seconda dei modelli ha una capacità di accumulo da 200 a 1.000 litri. La presenza di un sistema automatico anti legionella offre la garanzia massima di acqua incontaminata.
- Zeus: È un prodotto monoblocco che integra boiler e pompa di calore. Grazie alle dimensioni compatte può essere facilmente inserito all’interno di un edificio, in un locale tecnico o in una stanza di servizio. È in grado di produrre acqua calda sanitaria fino a 60°C e nella versione plus funziona fino a una temperatura esterna di -25°C. Anche Zeus è dotato di un sistema automatico con funzione antilegionella che offre la massima garanzia di acqua sanificata e non contaminata.
Calcolo del Fabbisogno di ACS
Quando si vuole installare una nuova caldaia o pompa di calore (anche ibrida), il primo passo è calcolare la potenza termica necessaria. Il parametro principale da considerare è il numero di persone presenti nell’abitazione che fanno uso dell’acqua calda. Il valore dei 50 litri a persona non è però rigido e potrebbe rivelarsi insufficiente in alcuni casi.
Costi di Gestione e Risparmio Energetico
Chi desidera installare una pompa di calore mira ovviamente al risparmio energetico e a ridurre l’inquinamento. E infatti uno dei vantaggi principali nell’uso di una caldaia a pompa di calore è quello di limitare al minimo il consumo di energia primaria da fonte fossile. Sui consumi incidono compressore e pompa di circolazione, ma questi non sono costanti.
Per riassumere, nella scelta è importante valutare il fabbisogno di A.C.S. È noto che una pompa di calore non riesce infatti a produrre acqua calda sanitaria istantaneamente: motivo per cui è assolutamente necessaria la presenza di un serbatoio di accumulo abbastanza capiente da soddisfare le necessità di utilizzo di A.C.S.
Efficienza Energetica e COP
Abbiamo già avuto modo di analizzare l’efficienza di uno scaldacqua a pompa di calore rispetto a uno scaldabagno a gas o a un boiler elettrico. Il COP misura il rapporto tra l’energia consumata e l’energia termica fornita all’ambiente.
Tabella Comparativa dei Sistemi di Riscaldamento ACS
| Sistema | Efficienza Energetica | Costo Iniziale | Costo di Gestione | Impatto Ambientale |
|---|---|---|---|---|
| Boiler Elettrico Tradizionale | Bassa | Basso | Alto | Alto |
| Scaldabagno a Gas | Media | Medio | Medio | Medio |
| Boiler a Pompa di Calore | Alta | Alto | Basso | Basso |