La tecnologia più diffusa in Italia per la produzione di calore per la climatizzazione invernale e la produzione di acqua calda sanitaria è la caldaia a gas, ed è quella utilizzata per tutte le abitazioni del villaggio. Come abbiamo visto il rendimento della caldaia tradizionale, con la sola regolazione on-off su caldaia è di circa 70 %. Inoltre le vecchie caldaie sono sovradimensionate rispetto ai carichi termici ridotti di un edificio coibentato. Si sono valutati quindi interventi per migliorare l’efficienza energetica dell’impianto.
7.1 Il controllo delle temperature: valvola termostatica
e cronotermostato
Per assicurare che il sistema raggiunga livelli di comfort richiesti e non sprechi energie, è necessario effettuare un controllo delle temperature. Le due principali tipologie di controllori di temperatura sono i termostati da parete e le valvole termostatiche. I termostati da parete operano direttamente sul generatore di calore o sulle pompe di circolazione. Quando la temperatura ambiente scende sotto un valore prestabilito il termostato lo rivela e attiva l’impianto; è presente anche un sensore che rivela quando la temperatura supera un certo livello (+ 2,5°C), per cui si disattiva l’impianto.
Per il caso di studio si è valutato l’utilizzo di valvole termostatiche. Queste sono costituite da una valvola di regolazione azionata da un sensore di temperatura dell’aria. Quando la temperatura è sufficientemente calda la valvola agisce limitando la portata di acqua calda che attraversa il radiatore, di conseguenza sarà limitata la potenza termica del radiatore e del generatore. L’applicazione di valvole termostatiche è utile ai fini del risparmio energetico, anche perché impedisce uno spreco di calore nei locali in cui i carichi interni o gli apporti solari portano le temperature a valori superiori del previsto.
L’impiego di valvole termostatiche fa variare i valori di rendimento di emissione ηe da 0,92 a 0,94 e il rendimento di regolazione ηrg da 0,94 a 0,97.
7.2 Caldaia a condensazione
La caldaia a condensazione ha un rendimento più altro rispetto a quella tradizionale grazie a due condizioni:
Recupera il calore latente di condensazione del vapore acqueo contenuto nei fumi e generatosi dall’ossidazione dell’idrogeno presente nel combustibile
Recupera più calore sensibile dei fumi.
Ciò permette che una minore quantità di combustibile serva per ottenere la giusta temperatura dell’acqua del circuito di riscaldamento.Il recupero avviene mediante uno scambiatore di calore che raffredda il vapore acqueo al di sotto del punto di rugiada facendolo condensare. Il calore che si libera in questa trasformazione viene riutilizzato dal sistema.
Con questo metodo, la temperatura dei fumi raffreddati in uscita si mantiene allo stesso valore della temperatura di mandata (50-60 °C) , ben inferiore ai 140/160 °C dei generatori tradizionali ad alto rendimento o addirittura fino ai 200° per i tradizionali impianti a basso rendimento. Questo comporta un problema però nell’utilizzo delle vecchie canne fumarie: essendo i gas combusti più freddi e con un maggior contenuto di vapore acqueo, possono arrivare a condensazione all’interno del camino portano in poco tempo a degrado. È importante quindi sostituite il camino con sistemi fumari compatibili.
La caldaia a condensazione può essere installata in qualsiasi impianto di riscaldamento: i sistemi a bassa temperatura con pannelli radianti sono più vantaggiosi, ma è possibile ottenere buoni risultati anche con impianti a radiatori se si adotta una regolazione a compensazione climatica.
Il rendimento medio annuo di una caldaia a condensazione con l’impiego di valvole termostatiche è di circa 92%.
Manutenzione e gestione
Lamanutenzione della caldaiaconsiste nella pulizia del bruciatore, dello scambiatore di regolazione, sicurezza e controllo, nel verificare che lo scarico dei fumi avvenga in modo corretto ed efficiente e che la ventilazione dell’ambiente in cui è installata la caldaia sia corretta.
Ilcontrollo dei fumi della caldaia, invece, consiste nell’esame dei fumi della caldaia, nell’analisi della combustione per verificarne il rendimento, la concentrazione di ossido di carbonio (CO) e l’indice di fumosità.
7.3 Pompa di calore
Le pompe di calore sono in grado di produrre, utilizzando energia elettrica, energia termica utilizzabile per la climatizzazione invernale e la produzione di acqua calda. Si distinguono tre tipologie di pompe di calore a seconda dell’ambiente da cui la pompa assorbe energia termica:
Pompe di calore ad aria;
Pompe di calore ad acqua;
Pompe di calore geotermiche.
Per la nostra analisi si è valutata la pompa di calore aria-acqua, dato che l’aria è la fonte energetica più facilmente accessibile.
L'evaporatore preleva il calore dall'ambiente (fonte di calore) e lo fa evaporare. Il compressore viene utilizzato per aspirare dall'evaporatore il refrigerante evaporato e portarlo a un livello di pressione e temperatura superiore. Affinché possa eseguire queste operazioni, il compressore necessita di energia per l'azionamento, ricavata in genere dalla rete elettrica pubblica. Una volta uscito dal compressore, il vapore surriscaldato del refrigerante viene convogliato nel condensatore. Nel condensatore, il vapore surriscaldato del refrigerante rilascia energia termica all’acqua di riscaldamento, in tal modo il refrigerante si condensa e l’acqua si riscalda. La valvola di espansione riduce ulteriormente l'alta pressione generata dal compressore, in modo da portare la temperatura del refrigerante al di sotto di quella della fonte di calore e consentire così al circuito di ricominciare da capo.
Il rapporto tra l’energia termica generata e l’energia elettrica assorbita, definisce il COP ( Coefficient of Performance).
Poiché il rendimento del sistema elettrico nazionale è pari a 0.46, come dichiarato dall'Autorità per l'Energia Elettrica ed il Gas, per produrre l’unità di energia elettrica necessaria servono 1/0.46 = 2.17 unità di energia termica.
Quindi il rendimento della pompa di calore che varia tra 4-5 si riduce a 1,84-2.3 ma rimane comunque più efficiente rispetto alla caldaia a condensazione.
Maggiore è la temperatura della fonte di calore ( fino a max 25° C), maggiore è la potenza di riscaldamento e più è efficace la pompa di calore in modalità di riscaldamento. Anche se la nostra analisi è limitata all’efficienza per il riscaldamento, si fa notare che esistono pompe di calore reversibili, cioè che provvedono anche alla climatizzazione estiva.
E' consigliabile, sostituendo il vecchio generatore con una pompa di calore, lavorare a temperature più basse, infatti ad una ridotta temperatura di mandata corrisponde un buon risparmio energetico.
La resa termica deiradiatori a bassa temperatura risulta essere ridotta, ma nel caso si eseguano anche interventi per ridurre le dispersioni, come la sostituzione dei serramenti con altri più performanti e l'isolamento dell’involucro, il mancato apporto termico viene compensato dalla riduzione del fabbisogno termico.
La Commissione europea con la Direttiva 2009/28/CE del 23 aprile 2009 sulla promozione dell'uso dell'energia da fonti rinnovabili, nota come direttiva RES, ha definito il "calore ambiente" contenuto nell'Aria, Acqua e Terra come fonte rinnovabile. Le pompe di calore utilizzano questo calore ambiente per generare energia, quindi circa 75% dell’energia proviene da fonti rinnovabili.
Aspetto da valutare è la necessita o meno di dover aumentare la potenza del contatore di energia elettrica esistente per poter servire la pompa di calore.
Manutenzione e gestione
Le pompe di calore richiedono pochissima manutenzione: analisi dei fumi e pulizia camino decadono, ma è fondamentale la pulizia del filtro e un trattamento antibattericida dello scambiatore ed è consigliabile farla visionare da un tecnico ogni 2 anni per misurare pressione e temperature.