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.

In un concetto: la caldaia consuma combustibili fossili (gas metano, gpl o gasolio) che scaldano l’acqua convogliata ai radiatori, mentre la pompa di calore sfrutta l’energia termica presente naturalmente nell’aria esterna (o acqua di falda) per trasferire calore all’interno degli ambienti, utilizzando energia elettrica.

 

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.

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.

 

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.

Caldaia a condensazione

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). NON SI INSTALLANO PIÙ.

 

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% in coppia con sistemi radianti), 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. 

 

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 55°C-65°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.

 

Sopra i 55°C di temperatura di mandata la caldaia non condensa e lavora come una caldaia tradizionale, conviene abbassare la temperatura e tenerla accesa per più tempo, si avrà maggior comfort e minor spesa (anche con radiatori). Abbassare la temperatura del fluido, si traduce minore quantità di energia necessaria dalla combustione e quindi in un minore consumo di combustibile.

 

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

 

In un momento di transizione ecologica come quello che l’intera umanità sta attraversando, e mai come oggi è evidente che le fonti non rinnovabili oltre ad avere impatto ambientale, ne hanno anche uno geopolitico e di conseguenza una possibile strada da perseguire è quella di sviluppare tutti i progetti possibili basati sulla sostenibilità del rinnovabile, staccandosi il più velocemente possibile dalla necessità del fossile.

 

Dunque, 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, permette, con costi molto contenuti, di ridurre i consumi energetici e le emissioni di NO, SO e CO2 che sono tra le principali fonti di inquinamento diretto e indiretto dell’atmosfera terrestre, ma non di eliminarli. 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.

 

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.

 

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.

 

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.

 

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:

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.

 

L’apparecchio potrà essere splittato o monoblocco a seconda di dove avviene lo scambio di energia tra quanto recuperato dall’aria esterna e il fluido che circola nell’impianto di riscaldamento. Negli apparecchi splittati questo trasferimento di energia avviene in uno scambiatore gas-acqua posto in un involucro distinto dall’unità esterna che ha assorbito calore dall’aria, scambiatore che normalmente è posto all’interno dell’abitazione ed è contenuto in un modulo che assomiglia, per ingombro, ad una caldaia. Negli apparecchi monoblocco questo scambiatore è invece contenuto nell’unità esterna stessa, creando un tutt’uno. 

 

Nel caso di un apparecchio splittato, avendo posizionato all’interno dell’abitazione lo scambiatore di calore gas-acqua, non si avranno mai problemi legati al gelo. Viceversa in un apparecchio monoblocco, lo scambio di energia avviene all’esterno (lo scambiatore di calore gas-acqua è nell’unità esterna) e le tubazioni ove passa l’acqua, che circola nell’impianto di riscaldamento, si trovano, almeno per un breve tratto, fuori dalle mura domestiche.

 

Fino a quando l’apparecchio monoblocco è in funzione, anche se esposto a temperature rigide, non ci sono problemi, ma, se venisse spento, l’acqua ferma nei tubi potrebbe ghiacciarsi. Sarà quindi necessario eseguire preventivamente un’ottima coibentazione dei tubi e addizionare l’acqua del circuito di riscaldamento con dell’antigelo. Queste accortezze, invece, non servono per un impianto splittato, dove, essendo lo scambiatore gas-acqua interno all’abitazione, il rischio di gelo è scongiurato.

 

Per contro con un apparecchio splittato, il gas refrigerante (che è il vettore che assorbe energia dall’aria esterna e lo cede all’acqua dell’impianto di riscaldamento attraverso lo scambiatore gas-acqua), è in alcuni casi leggermente infiammabile (oggi sempre più probabile, dato che i gas con minore impatto ambientale sono leggermente infiammabili) e viene portato fino in casa; si ha inoltre un ingombro all’interno dell’abitazione dovuto allo scambiatore stesso.

 

Si dovrà quindi stare attenti a dove posizionare la parte interna dell’apparecchio splittato. Anche se il gas è solo leggermente infiammabile, infatti, non sarà possibile scegliere un ambiente molto piccolo come uno sgabuzzino. Parimenti non si ha la possibilità di installare questi apparecchi in ambienti in cui vi è la presenza di fiamme libere e spesso è ritenuto esteticamente inopportuno montarli in salotto.

 

Vantaggi e svantaggi della pompa di calore

Consideriamo il caso più frequente: una pompa di calore alimentata ad elettricità.

 

Rispetto alla caldaia, i VANTAGGI si invertono:

 

• consumi bassi. Anche in questo caso, questo valore dipende dal prezzo dell’elettricità e dal rendimento della macchina. A prescindere, la pompa di calore ha un rendimento migliore rispetto a qualsiasi caldaia, stufa o altro generatore a combustione. L’efficienza della pompa di calore viene indicata tramite la sigla COP (rapporto tra la potenza termica prodotta e la potenza elettrica assorbita). Più è alto questo indice e più sarà efficiente la macchina;

 

• “zero” emissioni inquinanti (dipende da come viene prodotta l’elettricità);

 

• una bolletta in meno del gas;

 

• ideale per i terminali a bassa temperatura, come gli impianti a pavimento. Difatti, le pompe rendono al massimo per temperature d mandata di circa 40°, tipiche dei sistemi radianti. 

 

Viceversa, se la pompa di calore alimentasse dei termosifoni in ghisa, dovendo aumentare la temperatura di mandata dell’acqua, diminuirebbe il COP aumentando i consumi e rendendo impossibile l’ammortamento dell’investimento iniziale;

 

• si può collegare ad un impianto fotovoltaico che potrebbe ridurre ulteriormente i consumi; 

 

• la pompa di calore genera sia il freddo che il caldo.

 

SVANTAGGI:

 

• ha un costo di fornitura e installazione alto, specialmente se installata in case “vecchie” prive di isolamento termico. Difatti, questi edifici necessitano di alte potenze per sopperire alle dispersioni di calore attraverso i muri. In questi casi, si consiglia di installare prima il cappotto e poi passare alla pompa di calore;

 

• con le basse temperature ambientali lavora male; 

 

• per produrre l’acqua calda sanitaria dei rubinetti è necessario un accumulo, quindi di un serbatoio. In base al numero dei familiari, il serbatoio potrebbe essere più o meno ingombrante;

 

• in condizioni esterne rigide, la macchina esterna può congelarsi. In questo caso, la pompa inverte il ciclo per sbrinare il sistema e, in quel lasso di tempo, l’impianto non funziona;

 

• ha un notevole impatto estetico sulla facciata. Spesso, l'installazione della macchina esterna è vietata dai regolamenti condominiali o urbanistici.

 

Quale scegliere?

Per decidere quale sia il sistema migliore sono vari i fattori da considerare, il più importante è la temperatura esterna a cui si troverà ad operare. Per la pompa di calore è chiaro che dovendo prelevare calore dall’ambiente esterno, più la temperatura sarà bassa e minore sarà il suo rendimento. Anche se una pompa di calore può funzionare fino a -20 gradi centigradi, non è una scelta consigliabile per zone di montagna o dove i mesi freddi sono particolarmente rigidi se la casa ha scarso isolamento termico. Per il resto un sistema con pompa di calore offre un rendimento migliore, un notevole risparmio eliminando la dipendenza dal gas fonte inquinante e non rinnovabile. A lungo termine è la soluzione più vantaggiosa.