DI RISCALDAMENTO
Mario Fantozzi
Il presente articolo ripropone, opportunamente riveduta, la conferenza tenuta dall'autore il 25 febbraio 1978 nell'incontro promosso dall'istituto camerale torinese presso la propria sede per divulgare le tecniche e gli accorgimenti pratici più economici per contenere il con-sumo di energia.
I N T R O D U Z I O N E
Fino a qualche generazione fa l'uomo aveva bisogno di poca energia per vive-re: oggi ogni italiano consuma in media oltre 2000 kg di prodotti petroliferi od equivalenti.
L'Italia, come è noto, è molto povera di petrolio: pertanto, un flusso continuo di denaro deve andare all'estero per pa-gare petrolio, gas o carbone che siamo costretti ad importare. In attesa che nuo-ve fonti di energia possano ristabilire un equilibrio tra le esigenze e le capa-cità di produrre, è indispensabile consu-mare meno energia.
Se 1 'energia fosse ben utilizzata, secon-do valori ottimali, l'unico mosecon-do per consumare di meno sarebbe quello di accettare un livello di vita inferiore a quello cui si è abituati. Per fortuna, se è lecito usare questa espressione, il con-sumo di energia non è attuato attraver-so criteri ottimali. Gli sprechi che si fanno nel campo dell'utilizzazione sono talmente elevati che è sufficiente usare più razionalmente l'energia per ottene-re grandi economie senza dover rinun-ciare ad un adeguato livello di vita e più precisamente, dato che stiamo par-lando di riscaldamento domestico, sen-za rinunciare al confort termico sia nel-le abitazioni che nei luoghi di lavoro. Anche sulla scorta di questo presuppo-sto, il Ministero dell'industria, già da ol-tre un anno, sta facendo una campagna sui risparmi energetici concentrata sul riscaldamento domestico, che assorbe circa il 20% dell'energia consumata in Italia, e che, come è noto, include anche una forte proporzione di spreco. Tra i vari settori applicativi — traspor-ti, industria, commercio e riscaldamen-to domestico — uno di quelli nei quali è possibile attuare le economie più spinte è probabilmente proprio il ri-scaldamento domestico, poiché viene mediamente utilizzato con rendimenti: — insoddisfacenti;
— sensibilmente inferiori alla media europea;
— che possono essere migliorati in ma-niera apprezzabile con interventi di co-sto modesti.
Lo sforzo per ridurre lo spreco in que-sto settore è tanto più fattivo in quanto tocca gli interessi individuali di ogni cittadino, oltre ad avere un alto valore per la nazione.
L'interesse nazionale di questo sforzo si può desumere dai seguenti dati (an-no 1974): popolazione 56.000.000; nu-clei familiari 10.639.000; consumo com-bustibile 25.000.000 tep; totale impianti esistenti 2.500.000.
Tabella 1. Situazione del riscaldamento d o mestico in Italia (1974)
Dimensione impianti Consumo combust. % Numero impianti 30.000 Kcal/h 14 1.091.000 3U + 60.000 Kcal/h 15 640.000 60 -F 100.000 Kcal/h 15,5 369.000 100 -f 250.000 Kcal/h 21 232.000 ZÒO -f 400.000 Kcal/h 16,5 100.000 400.000 Kcal/h 18 68.000
Dalla tabella 1 si vede come tutti gli im-pianti di riscaldamento domestico, sia di piccolè che di grandi dimensioni, contri-buiscono in proporzioni notevoli al con-sumo di energia: sia la casa unifamilia-re che il condominio di grandi dimen-sioni devono essere interessati a questo sforzo per ridurre gli sprechi. Il pro-blema può essere affrontato secondo 4 direttrici fondamentali che, anche se di-stinte, possono essere considerate com-plementari: messa a punto dell'impian-to termico; egualizzazione delle tempe-rature nei vani abitati; utilizzazione ot-timale dell'impianto termico e dei vani abitati; isolamento termico dello stabile. Va subito notato che non si possono
definire a priori le economie ottenibili per un determinato edificio senza fare un accurato studio caso per caso. Proprio per fornire dati in merito e per chiarificare tecniche di valutazione e progettazione in questo settore, il Consi-glio nazionale delle ricerche, attraverso il Progetto finalizzato « energetica » ha in corso, tra gli altri studi, una indagine per valutare, nel modo più completo possibile, il contributo che può essere apportato al risparmio da ciascun in-tervento.
Dati di massima già sin d'ora, sia pure di valore indicativo, sono cosi riassumi-bili: attualmente i rendimenti tipici del generatore di calore variano dal 55 al 70%; con interventi di poco costo si può arrivare al 70-80%, cioè, a parità di calore utile per riscaldamento, l'impian-to brucia solamente 700-900 litri di com-bustibile anziché 1000 litri. Il risparmio è pertanto del 10-30%, con poca o nes-suna spesa.
È molto importante, d'altra parte, che si badi non soltanto al calore totale pro-dotto da un impianto, ma al calore to-tale utilizzato. Non solo: ma, per le costruzioni da ristrutturare ed ancor più per quelle da costruire, è necessario che ci si abitui alla nuova terminologia: Costo efficace = Costo Costruzione + Gestione.
Quando si compra un appartamento, d'ora innanzi sarà indispensabile do-mandare: non soltanto, « quanto co-sta? », ma anche « quanto consuma? », esattamente come si fa oggi per altri be-ni di consumo (per esempio le automo-bili).
Bisogna sempre ricordare che un muro mal costruito, per quanto riguarda l'iso-lamento termico, in pochi anni spreca tanta energia di riscaldamento quanto è il costo del muro stesso.
Prima di continuare nella serie di con-siderazioni relative all'argomento è op-portuno però ripercorrere con una bre-ve carrellata i principali consigli tecni-ci e suggerimenti della campagna « ener-gia senza sprechi » del Ministero dell'in-dustria e ricordare i punti salienti della legislazione vigente in merito.
Ministero (riproposte con lo stesso or-dine) le seguenti raccomandazioni.
1) Ridurre la temperatura. Ogni °C in più, oltre 20°C di temperatura negli am-bienti, comporta un incremento di con-sumo notevole: circa il 7% in più nei nostri climi. È da notare inoltre che più mite è il clima, maggiore è l'incremento percentuale del consumo per ogni °C di temperatura ambiente in più.
2) Isolamento del sottotetto. Dal tetto si può arrivare a disperdere sino al 25 % di tutto il calore dissipato. Conviene quindi isolarlo.
3) Eliminare le fughe di calore. L'aria nell'interno degli ambienti deve ricam-biarsi, questo però non giustifica spifferi e dispersioni ingiustificati, cui si può rimediare facilmente.
4) Operazione « sottofinestre ». Occorre evitare perdite dalle pareti dietro il ca-lorifero: è necessario cioè mettere un feltro isolante tra il calorifero e parete. È opportuno anche non tenere le tende davanti ai caloriferi, per evitare che il calore sia respinto verso l'esterno. 5) Pulizia della caldaia e messa a
pun-to del bruciapun-tore. Operazioni ovvie di
cui si parlerà più dettagliatamente in se-guito.
6) Chiudere i caloriferi quando fa
trop-po caldo. Non bisogna aprire le
fine-stre per abbassare la temperatura nei lo-cali. Per ricambiare l'aria basta aprire per non più di dieci minuti.
7) Abbassare la temperatura di notte. Dormire ad una temperatura più bassa è economico e dà anche maggiori garan-zie di igienicità. Spegnendo l'impianto di riscaldamento di notte per circa 9 ore si ottengono dei risparmi che, in prima approssimazione, possono essere valutati in una aliquota non inferiore al 10 -f- 15%.
È anche importante ricordarsi di abbas-sare le tapparelle durante la notte: in questo modo la perdita di calore attra--verso i vetri è ridotta di circa il 50%. Quanto menzionato sino ad ora consente
di ottenere dei risparmi senza spese ap-prezzabili.
Ci sono per contro dei risparmi otteni-bili e sui quali ci dilungheremo in
se-guito, attraverso qualche piccolo inve-stimento.
1) Isolamento del sottotetto praticabile.
2) Doppi vetri. Sostituendo i vetri sem-plici con doppi vetri isolanti od aggiun-gendo a quello esistente un doppio ve-tro, si riducono del 40% le perdite di calore attraverso le superfici trasparenti. 3) Procedere all'isolamento del piano
terreno.
4) e 5) Equilibrare gli impianti. Evitare cioè di riscaldare più del necessario tut-ta la casa solo perché una o due stut-tanze sono fredde.
6) Isolare le tubazioni e la caldaia. 7) Installare apparecchiature di
termo-regolazione automatica.
È doveroso inoltre, in questa breve in-troduzione, citare i punti salienti della normativa italiana, che riguarda il cam-po del riscaldamento.
1) Legge 615 e regolamenti applicativi.
Prevede tra le altre cose:
— obbligo di conduttore patentato per potenzialità termica superiore a valori prefissati;
— CO2 non inferiore al 10% nei fumi; — camini costruiti con coibentazione tale da non permettere la caduta di tem-peratura nei fumi superiore ad 1°C per metro;
— definizione delle caratteristiche co-struttive del locale caldaie;
— termometri ed apparecchi di prelie-vo fumi.
2) Legge 575 e regolamenti applicativi. Ecco in sintesi le disposizioni più signi-ficative:
— temperatura massima negli ambien--ti: 20°C, sia nei nuovi sia nei vecchi stabili;
— temperatura dell'acqua calda dome-stica centralizzata: 48°C, sia nei nuovi che nei vecchi stabili;
— sistema automatico di regolazione della temperatura; da 50.000 Kcal/h nei nuovi stabili ed a partire da 100.000 Kcal/h nei vecchi stabili;
— controllo periodico del rendimento; — tenuta del quaderno di manuten-zione.
A completamento infine di questa intro-duzione, è necessario fornire qualche concetto sul confort termico.
Una persona si trova in condizioni di confort termico quando: Calore pro-dotto dal corpo = Calore ceduto al-l'esterno dall'individuo.
Questo equilibrio è ottimale ad una tem-peratura ambiente nell'intorno dei 18°C. Se la temperatura dei vani abitati scen-de al di sotto di questi valori è necessa-rio riscaldare.
Il calore da fornire è tanto maggiore quanto maggiori sono: il volume del-l'ambiente da riscaldare; la differenza tra temperatura esterna ed interna; la dispersione di calore delle superfici esterne; il ricambio di aria e la sua ve-locità; l'irraggiamento del corpo umano con l'esterno tramite le finestre. In via di prima approssimazione si pos-sono raccomandare le seguenti tempe-rature:
— ambiente di soggiorno e di lavoro: 18°C
— stanze da bagno: 20°C — stanze da letto: 14 -f- 16°C — corridoi: 14 -t- 15°C — palestre: 10 -t- 12°C
— locali notevolmente fincstrati ed adi-biti ad attività sedentaria: 20 -t- 22°C. Da non dimenticare che l'umidità gioca un ruolo importante: il benessere riscon-trabile in una stanza a 20°C secca è equi-valente a quello riscontrabile a 18°C con umidità giusta.
B I L A N C I O T E R M I C O DEL
R I S C A L D A M E N T O NEGLI A M B I E N T I
A parità di benessere termico si può con-sumare meno combustibile attraverso due strade:
1) riducendo le perdite a monte dei lo-cali riscaldati;
2) riducendo le dispersioni di calore nei vani abitati.
P e r d i t e a m o n t e
Facciamo una analisi approssimata (fig. 1) delle perdite a monte. Esse sono
co-C a l o r e attraverso le pareti
Perdite a monte dei locali abitati
Credito d i T R R R I t C S * / Cre • cali • H » | Perdite nella • • L d i s t r i b u z i o n e
r
g t j j g i l o c i cai J locale caldaia Perdite per c a l o r e sensib. Perdite per i n c o m b u s t iFig. 1. Bilancio termico del riscaldamento.
stituite fondamentalmente da: perdite per incombusti; perdite per calore sen-sibile dei fumi; perdite nel locale cal-daie; perdite nella rete di distribuzione del calore.
Poiché una piccola parte di queste per-dite contribuisce direttamente od indi-rettamente a riscaldare alcuni locali, nel-la fig. 1 se ne è tenuto conto con nel-la vo-ce « crediti di calore ».
Perdite per incombusti. In condizioni
normali, quando cioè si è in assenza di fumi neri al camino, le perdite per in-combusti emessi da un impianto a ga-solio possono essere trascurate dato che sottraggono una quantità di calore mi-nima.
Perdite per calore sensibile ai fumi. Un
normale impianto di riscaldamento do-mestico in buono stato sia di manuten-zione che di gestione non dovrebbe ave-re perdite di questo tipo superiori al
15%. Ma, mentre, in generale, in tutta l'Europa centro-settentrionale il 90% de-gli impianti si trova in queste condizio-ni, in Italia la situazione sembra essere meno rosea.
Da numerosi controlli preliminari sem-bra che in Italia neanche il 50% degli
impianti esistenti abbia una perdita in-feriore od uguale al 15% in condizioni di esercizio accettabili e cioè con basso indice di fumo e con temperature di fu-mi in uscita dalle caldaie inferiore ai
2 0 0 ° C .
Sempre restando alle perdite al camino se ne può citare una finora un po' tra-scurata; si fa riferimento cioè all'aria aspirata dal camino durante la pausa di funzionamento del bruciatore.
Quest'aria entra nel focolare attraverso la presa d'aria del ventilatore del bru-ciatore, lambisce e raffredda le superfi-ci della caldaia e viene scaricata calda all'esterno per azione del tiraggio effet-tuato dal camino.
Questo tipo di perdite (fig. 2) è massi-mo generalmente per fattori di funzio-namento del bruciatore, di circa il 50%. Per eliminare queste perdite si può ri-correre a: valvole di chiusura automati-ca alla base del automati-camino; bruciatori con chiusura automatica della presa d'aria. Inoltre va ricordato che sugli impianti sovradimensionati si può minimizzare questa perdita riducendo opportunamen-te la portata di gasolio dell'ugello del bruciatore, in modo da diminuire le pause.
Questa soluzione, dal costo di interven-to irrisorio, è stata adottata a scopo di prova su impianti a gasolio ed ha dato come risultato una riduzione dei consu-mi del 7,5% medio (sempre con rife-rimento al solo campo delle perdite al calore sensibile al camino).
Fig. 2. Perdita per aria calda aspirata dal camino durante le pause di funzionamento de! bruciatore.
F u n z i o n a m e n t o b r u c i a t o r e
Fig. 3. Tiraggio alla base del camino con bruciatore in funzione.
Gli impianti dotati di alti camini han-no generalmente tiraggio eccessivo con aumento sensibile dei consumi.
A questo inconveniente si può ovviare con un regolatore automatico di tiraggio dal costo molto limitato, ma purtroppo non facilmente reperibile in Italia. Va sottolineato che questo apparecchio oltre a ridurre il tiraggio eccessivo lo rende indipendente dalle mutevoli con-dizioni meteorologiche con particolare riferimento al vento.
Nella fig. 3 i dati relativi ad alcuni ri-lievi campione.
Perdite di calore nel locale caldaie e nella rete di distribuzione acqua. La
grande maggioranza degli impianti per riscaldamento domestico è equipaggiata con caldaie non sufficientemente coiben-tate: ma sono soprattutto le tubazioni in vista non isolate che attraversano lo-cali non riscaldati che costituiscono una perdita sensibile.
Ricordiamo che un tubo da un pollice, nel quale circola acqua calda e che at-traversa un ambiente non riscaldato, di-sperde oltre 100 Kcal/ml/h corrispon-denti a circa 20/30 kg di combustibile per stagione di riscaldamento.
Prima di passare al secondo gruppo di perdite, quelle cioè relative al fabbiso-gno intrinseco di calore dello stabile, si passano brevemente in rassegna alcuni altri aspetti del riscaldamento che, pre-si nella dovuta conpre-siderazione, possono
2 0 2 13 a E Temperatura ambiente Ore
dare un tangibile contributo alla ridu-zione dei consumi.
A) Insoddisfacente distribuzione di
ca-lore negli ambienti. È noto che un'alta
percentuale di abitazioni condominiali risulta termicamente squilibrata. Per esempio (fig. 4) dal grafico relativo ad un condominio preso in esame si ricava che il 77% dei locali dell'edificio in questione ha una temperatura ambiente maggiore di 21°C mentre il 6% si tro-va sotto i 20°C.
In questi casi è indispensabile interve-nire, in quanto un impianto squilibrato consuma sensibilmente di più del corri-spondente impianto equilibrato, dato che sono gli appartamenti o le stanze sottoriscaldate a condizionare l'utilizza-zione dell'intero impianto termico. B) Termoregolazione automatica. Dato che la temperatura esterna varia da un giorno all'altro e soprattutto durante l'arco delle 24 ore, il calore fornito agli impianti deve variare in maniera quasi continua e soltanto una termorego-lazione automatica può far fronte a que-ste notevoli variazioni di calore. Nella legge 373 questa regolazione è giustamente resa obbligatoria dato che in Italia soltanto alcuni impianti su cen-to ne sono provvisti.
Un avvertimento importante da tener sempre presente è che una centralina di termoregolazione starata di norma è di
ben poco aiuto per la riduzione dei con-sumi.
Cosa significa termoregolare l'impianto di riscaldamento? Significa mandare ne-gli ambienti abitati una quantità di ca-lore tale da mantenere costante una pre-fissata temperatura negli ambienti stessi qualunque sia la temperatura esterna. A parità di altre condizioni, in prima approssimazione, la quantità di calore da fornire agli ambienti è inversamente proporzionale alla differenza di tempera-tura tra gli ambienti stessi e l'esterno (fig. 5).
Gli impianti di riscaldamento tradizio-nali sono a portata di fluido costante e quindi la quantità di calore da fornire agli impianti può essere variata soltanto variando le temperature del fluido man-dato ai corpi riscaldanti.
Termoregolare l'impianto significa quin-di variare la temperatura quin-di mandata acqua ai radiatori in funzione delle con-dizioni meteorologiche esterne. Inoltre, dato che di notte la tempera-tura ambiente può scendere di alcuni gradi senza diminuire il confort termico e l'isolamento termico è migliore (le tap-parelle sono abbassate), a parità di tem-peratura esterna, di notte si devono scaldare dì meno le stanze (fig. 6). È quindi necessaria una doppia regola-zione con orologio.
Nelle località con clima non rigido (fig. 7) è assai diffusa la pratica dello
Fig. 4. Esempio di cattiva distribuzione delle temperature dell'aria nei locali di un condominio (temperatura esterna = 7° C).
Fig. 6. Termoregolazione con attenuazione notturna.
Fig. 7. Termoregolazione con spegnimento notturno.
spegnimento notturno dell'impianto: in questi casi non è quindi necessario ave-re la doppia ave-regolazione giorno/notte. Per realizzare la termoregolazione si può ricorrere a diverse soluzioni più o meno costose e più o meno efficaci, a secon-da del tipo di edificio e della precisio-ne richiesta.
La termoregolazione manuale (fig. 8) de-ve essere considerata inaccettabile, in quanto richiederebbe la presenza pres-soché continua di un addetto nel locale caldaie.
La più elementare forma di automati-smo è rappresentata nella fig. 9; essa presenta, a fronte di un bassissimo co-sto d'investimento, una serie di incon-venienti che il breve spazio a disposi-zione non ci permette neppure di elen-care.
A prescindere da alcune utilizzazioni in case monofamiliari, dovrebbe essere con-siderata inaccettabile.
Una soluzione ottimale per edifici non troppo grandi e con fabbisogno di ca-lore per le varie esposizioni non troppo dissimile è rappresentata nella fig. 10 (centralina di comando con sonda ester-na, con sonda termometrica su acqua di mandata ai corpi scaldanti ed orologio con doppia programmazione).
Per grandi condomini è caldeggiata la distribuzione per zone con regolazioni indipendenti, come schematizzato nella fig. 11.
Per concludere la panoramica sul bi-lancio termico è necessario fare cenno ai cosiddetti calori gratuiti, intendendo-si con questa dizione quelle quantità di calore che vengono generate all'interno dello stabile (illuminazione, elettrodome-stici, calore umano) o che possono es-sere captate all'esterno (soleggiamento). Il contributo di queste quantità di ca-lore, assai spesso trascurato, in molti casi è tutt'altro che irrilevante.
Passiamo brevemente in rassegna que-ste sorgenti gratuite.
1) Soleggiamento. Superfici vetrate ver-ticali esposte a sud ricevono per mq a seconda delle latitudini e del periodo dell'anno, da 250 a oltre 400 Kcal/h di effettivo soleggiamento.
Mentre però è facile determinare con idonei apparecchi l'apporto di calore
so-l i " N _ J J É r N||I ! TCI • U F I - I
L ,
r N||I ! TCI • U F I - I T C = t e r m o s t a t o caldaia T A = t e r m o s t a t o a m b i e n t e C = c e n t r a l i n a T C t= t e r m o s t a t o c a l d a i a S E = s o n d a e s t e r n a S A = s o n d a t e r m o m e t r i c a a c q u a m a n d a t a ai corpi s c a l d a n t i V = v a l v o l a miscelatrice m o t o r i z z a t a O D = o r o l o g i o c o n d o p p i a p r o g r a m m a z i o n e Dall'alto in basso:Fig. 8. Regolazione manuale.
Fig. 9. Regolazione automatica elementare con solo termost. ambiente sul bruciatore. Fig. 10. Regolazione automatica
con sonda esterna.
I x< —: r- j ' C v ti" C + OD r f t ± g r ^ - f t n S A _ p i L _ fi c + o o d vi S A O S E c OD ' SA SE V = centralina
= orologio doppia progq = sonda termom. acqua
mandata ai radiatori = sonda esterna = valvola miscel. motor.
A r r i v o ^ ^ a c q u a c a l d a ^ ^ r |S222Z2Z al radiatore rrrrrn^ y tossa " m a
1
V o l a n t i n o di r e g o l a z i o n e T e r m o m e t r o a d i l a t a z i o n e di liquido A lato:Fig. 11. Regolazione automatica per zone. Fig. 12. Valvola termostatica
lare in condizioni di laboratorio ben pre-stabilite, molto più difficile è la valuta-zione di questo calore gratuito nell'abi-tazione. A titolo di esempio e solo allo scopo di fornire un ordine di grandezza si fa presente che una villetta monofa-miliare a pianta quadrata con 7 mq di vetro per ciascuna parete può ricevere, durante il periodo in cui è richiesto il riscaldamento, calore solare pari a cir-ca 30.000 Kcir-cal/giorno.
Questa quantità di energia rappresenta indubbiamente un contributo tutt'altro che trascurabile: si rammenta però che non è e non può essere uniformemente distribuito durante l'arco della giornata nelle varie stanze dell'edificio.
2) Persone presenti. Un essere umano in condizioni di riposo emette nell'ambien-te circostannell'ambien-te per radiazione, convezio-ne ed evaporazioconvezio-ne da 70 a 100 Kcal/h, mentre una persona che esplica un'atti-vità motoria pesante può arrivare a cedere all'ambiente anche 350/400