In un contesto energetico in continua evoluzione, la domanda di soluzioni che garantiscano efficienza, affidabilità e sostenibilità è sempre più centrale, soprattutto nel settore residenziale. Il generatore di calore è essenziale per il funzionamento di un impianto di riscaldamento.
Cosa si intende per generatore di calore?
Il generatore di calore è il fulcro dell’impianto di riscaldamento: è capace di soddisfare il fabbisogno di riscaldamento degli ambienti trasferendo energia termica al fluido termovettore. Esistono molti modi e molti apparecchi per generare calore all’interno di un ambiente, garantendo le condizioni di comfort termico adeguato ad un’abitazione e tutti si basano sulla presenza di un generatore di calore.
I generatori di calore possono essere classificati in funzione:
- della fonte energetica utilizzata per produrre calore (come gas, elettricità o biomassa);
- dello stato in cui il combustibile utilizzato è reso disponibile (gassoso/liquido/solido nel caso delle caldaie);
- della modalità di installazione;
- del fluido termovettore in uscita dal generatore e che circola nell’impianto, generalmente aria o acqua.
Il luogo in cui il generatore viene installato sovente prende il nome di “centrale termica”, nel caso di strutture pubbliche e terziarie queste possono essere vere e proprie stanze dedicate solo al generatore. Mentre, nel caso delle civili abitazioni, la centrale termica spesso coincide con ripostigli, lavanderie o balconi.
Quali sono i generatori di calore più diffusi sul mercato?
I generatori di calore più diffusi sul mercato sono:
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- la caldaia;
- l’impianto a biomassa;
- la pompa di calore;
- il sistema ibrido.
1. Caldaia
La caldaia è il generatore di calore più comunemente utilizzato nelle abitazioni. Essa permette la generazione ed il trasferimento di energia termica al fluido termovettore grazie alla combustione di vari prodotti.
Il combustibile reagisce con l’ossigeno contenuto nell’aria atmosferica e genera una reazione chimica di ossidazione, producendo calore e prodotti gassosi di combustione.
Possono essere classificate in funzione:
- del combustibile utilizzato;
- dell’evacuazione dei prodotti di combustione;
- della gestione del calore.
Nel corso degli anni si è passato ad un uso massivo della caldaia a gas fino all’uso della caldaia a condensazione, visto il suo rendimento molto più alto.
Le caldaie a condensazione sono generatori progettati per massimizzare l’efficienza energetica recuperando energia dai fumi di scarico. In queste caldaie, il vapore acqueo presente nei fumi viene raffreddato fino al punto di rugiada, trasformandolo così in condensa. Questo processo permette di recuperare energia latente che viene utilizzata per riscaldare l’acqua destinata al sistema di riscaldamento o alla produzione di acqua calda sanitaria.
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2. Caldaie a biomassa
Con una caldaia a biomassa si produce energia termica rinnovabile dalla combustione della biomassa, materiali residui e di scarto di origine biologica e vegetale. I generatori di questa categoria più diffusi sono le caldaie a pellet o a cippato: entrambi trovano origine dagli scarti della lavorazione del legno non trattato, ma il pellet si origina dalla pressatura di questi scarti, una volta essiccati, mentre il cippato semplicemente triturato e trasformato in pezzi uniformi di piccole dimensioni.
Una caldaia a biomassa permette la generazione di energia termica rinnovabile perché, se bruciato correttamente, il legno emette la stessa quantità di anidride carbonica assorbita dalla pianta durante la sua formazione, quindi non altera l’equilibrio ambientale.
3. Pompa di calore
La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un sistema a temperatura più alta. La pompa di calore preleva calore da una fonte naturale, l’aria, l’acqua o il terreno per trasferirlo all’ambiente da condizionare. Si configura come un circuito chiuso, composto da quattro componenti: un compressore, un condensatore, una valvola di espansione ed un evaporatore.
Il rendimento di una pompa di calore elettrica (denominato COP) è sempre superiore a quello di una caldaia a gas, questo generatore, infatti, si configura come una soluzione sostenibile ed in grado di ridurre i consumi energetici riuscendo a soddisfare tutte le esigenze di climatizzazione, eventualmente anche quella estiva.
La pompa di calore aria-acqua è un generatore di calore che genera energia termica sfruttando l’aria esterna all’edificio. Questo sistema consente di generare calore per il riscaldamento durante l’inverno e di raffrescare gli ambienti durante l’estate. Si tratta di un’alternativa ecologica agli impianti di riscaldamento tradizionali poiché utilizzano energie rinnovabili prelevando il calore già presente in natura.
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Come funziona una pompa di calore aria-acqua
Il funzionamento di una pompa di calore aria-acqua per quanto riguarda il raffrescamento si basa su 4 fasi principali:
- attraverso un’unità esterna all’edificio, viene prelevato il calore contenuto nell’aria e mediante uno scambiatore di calore viene assorbito da un fluido termovettore in grado di vaporizzare anche a basse temperature;
- il vapore generato viene compresso ulteriormente mediante un compressore, aumentando così la sua temperatura. L’energia elettrica alimenta il compressore e gli altri componenti del sistema;
- nel condensatore il fluido torna allo stato liquido, cedendo il calore che aveva finora raccolto al circuito dell’acqua, che entrerà nell’impianto idrico per essere usata come acqua calda sanitaria e/o per il riscaldamento.
- il fluido, grazie alla valvola di espansione, viene raffreddato, per poter riprendere il ciclo.
Il ciclo si ripete continuamente fino a quando la pompa di calore rimane in funzione.
Per quanto riguarda il riscaldamento, invece, la pompa di calore aria-acqua, utilizza gli stessi processi del raffrescamento. Ma in questo caso, la pompa di calore estrae energia termica dall’ambiente esterno attraverso il refrigerante che a sua volta, nel condensare, la trasferisce al sistema di riscaldamento e/o produzione di acqua calda sanitaria.
Vantaggi di una pompa di calore aria-acqua
I vantaggi derivanti dall’utilizzo di una pompa di calore aria-acqua sono molteplici:
- Versatilità: le pompe di calore aria-acqua sono molto versatili e possono essere utilizzate sia per il riscaldamento che per il raffreddamento di edifici di varie dimensioni;
- Risparmio energetico: le pompe di calore aria-acqua sfruttano principalmente energia termica per il loro funzionamento, per cui il consumo di energia elettrica è solo parziale. L’efficienza energetica di una pompa di calore dipende da vari fattori, tra cui il coefficiente di prestazione (COP) e la classe energetica di appartenenza dell’apparecchio e le caratteristiche dell’abitazione (tipologia di riscaldamento, coibentazione, esposizione ecc.);
- Rispetto dell’ambiente: le pompe di calore aria-acqua sono una soluzione sostenibile e attenta all’ambiente, dal momento che il loro funzionamento si fonda sul trasferimento del calore da una sorgente di energia pulita e rinnovabile, ossia l’aria esterna. In questo modo è possibile ridurre al minimo l’impatto ambientale;
- Incentivi: le pompe di calore aria-acqua possono beneficiare degli incentivi.
4. Sistema ibrido
Per “sistema ibrido” si intende un dispositivo o un impianto in cui sono presenti generatori di calore alimentati da diverse fonti di energia, solitamente un combustibile fossile e una fonte rinnovabile. Un impianto ibrido combina due generatori di calore: una pompa di calore ed una caldaia a condensazione. La prima, generalmente alimentata elettricamente, mentre la seconda, alimentata a metano o GPL.
Il cuore dei sistemi ibridi è dunque rappresentato da un sistema di gestione automatica e intelligente che decide quale generatore attivare - o se attivarli entrambi - per garantire la miglior efficienza istantanea. Avere due generatori di calore significa scegliere in ogni momento il funzionamento più conveniente, proprio grazie alla presenza di un dispositivo di controllo e regolazione che dà priorità ad una macchina rispetto ad un’altra in funzione delle reali esigenze di riscaldamento e delle condizioni esterne.
Questo impianto si adatta bene a qualsiasi situazione climatica, inoltre può essere collegato direttamente all’impianto esistente, prevedendo solo la sostituzione del precedente generatore di calore.
Tipicamente, con temperature esterne alte a funzionare è solo la pompa di calore, via via che ci si avvicina a temperature prossime allo 0 il sistema funziona in maniera combinata, con l’attivazione sia della pompa di calore che della caldaia a condensazione, per temperature molto rigide invece funziona solo la caldaia a condensazione.
In questo modo si va a minimizzare il consumo di gas ed energia elettrica ed a ridurre contestualmente le emissioni di CO2, ottenendo vantaggi economici e ambientali.
I sistemi ibridi, combinando pompa di calore e caldaia a condensazione, offrono una soluzione efficiente, flessibile e adattabile agli edifici esistenti. Questi impianti integrano due tecnologie complementari - una pompa di calore e una caldaia a condensazione - in un unico sistema che regola automaticamente il funzionamento di ciascuna fonte in base alle condizioni climatiche esterne, ai costi energetici e al fabbisogno dell’edificio.
In presenza di temperature esterne miti, la pompa di calore lavora in modo efficiente sfruttando l’energia aerotermica.
Uno dei grandi vantaggi dei sistemi ibridi è la loro versatilità progettuale. La copertura del fabbisogno da pompa di calore è intorno all’80% del fabbisogno complessivo invernale.
Come scegliere un generatore di calore?
Per scegliere adeguatamente il generatore di calore è importante considerare una serie di aspetti importanti:
- caratteristiche dell’edificio: le dimensioni, l’orientamento e la conformazione strutturale influenzano molto il comportamento energetico di un edificio ed il raggiungimento di determinati livelli di comfort interno.
- tipologia di intervento: se si sta realizzando una costruzione ci saranno sicuramente molti meno vincoli di carattere pratico rispetto a quelli presenti in un intervento di ristrutturazione.
- fonte energetica disponibile: le tipologie di generatori cambiano in funzione del vettore energetico che si vuole utilizzare.
Centrale termica: definizione e componenti
Le centrali termiche rappresentano un elemento cardine nel panorama energetico moderno, giocando un ruolo fondamentale nella produzione di calore. Una centrale termica è un impianto che converte energia da combustibili come gas, gasolio o biomassa in calore, utilizzato per riscaldare edifici, produrre acqua calda sanitaria o alimentare processi industriali contribuendo significativamente al comfort abitativo e all’efficienza energetica di edifici residenziali e industriali.
Il funzionamento di una centrale termica si basa sulla conversione di energia da una fonte primaria in energia termica sotto forma di calore che viene poi distribuito attraverso un sistema di tubazioni e radiatori per riscaldare gli ambienti o produrre acqua calda sanitaria. Il processo inizia con l’accensione del generatore di calore, che brucia il combustibile per produrre energia termica che viene poi trasferita a un fluido termovettore, solitamente acqua o vapore, attraverso uno scambiatore di calore. Il fluido riscaldato viene quindi pompato attraverso il sistema di distribuzione, che può includere pompe e valvole per regolare il flusso e la pressione. I sistemi di controllo e regolazione assicurano che il processo avvenga in modo efficiente e sicuro, mantenendo la temperatura desiderata e monitorando i parametri operativi.
Tipi di centrali termiche
- Centrali termiche a gas
- Centrali termiche a gasolio
- Centrali termiche a biomassa
- Centrali termiche a teleriscaldamento
Componenti di una centrale termica
- Generatore di calore
- Scambiatore di calore
- Pompe e valvole
- Sistemi di controllo e regolazione
Vantaggi e svantaggi delle centrali termiche
Le centrali termiche offrono numerosi vantaggi, ma presentano anche alcuni svantaggi che devono essere considerati nella progettazione e gestione degli impianti.
Vantaggi
- Efficienza energetica
- Affidabilità
- Flessibilità
- Sostenibilità
Svantaggi
- Costo iniziale
- Manutenzione
- Impatto ambientale