Riscaldamento - La Bottega dell'Energia

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Impianti tecnologici
Premesse

Nella sezione del presente sito intitolata "Riqualificazioni energetiche" (sottosezione "Il bilancio energetico di un edificio") facciamo cenno ai sistemi impiantistici di riscaldamento in modo non molto approfondito, dato che, in quel contesto, il tutto si "riduce" a definire meglio il rendimento complessivo di tali impianti e ad introdurre le varie possibilità che la tecnologia offre per incrementarne l’efficienza energetica (e, di conseguenza, per incrementare anche l’efficienza complessiva dei sistemi edificio-impianti).

In queste pagine intendiamo invece approfondire meglio l’argomento, trattandone sia i principali aspetti tecnologici, sia quelli burocratici ed amministrativi.

Esiste in Italia una Normativa unica nazionale riguardante gli impianti termici. Ciascuna regione ha però potuto emanare delle proprie direttive in merito, alle quali è necessario attenersi e che, molte volte, prevaricano la Normativa nazionale. Per quelle Regioni che non hanno emanato la propria regolamentazione valgono invece i regolamenti nazionali.

Ad oggi questo crea molta confusione, sia fra i professionisti del settore sia, a maggior ragione, fra gli utenti. Inoltre le Normative regionali sono sempre in continua e rapida evoluzione e diventa dunque molto difficoltoso riuscire a "stare al passo" con le frequenti evoluzioni.

Per tali motivi, si è espressamente scelto, in queste pagine, di fare riferimento alla sola Normativa nazionale, che risulta anch'essa costantemente aggiornata, ma in modo sicuramente meno "machiavellico" e "dinamico" rispetto alle singole Normative regionali.

Queste ultime fanno comunque sempre riferimento ai documenti nazionali; si rimanda ai siti delle singole Regioni per la consultazione delle Normative specifiche.

N.B.: nella parte relativa alla gestione e manutenzione degli impianti, ci riferiremo, in generale, agli impianti termici, nonostante che le regole ed i concetti che esporremo valgono anche per gli impianti di condizionamento e di raffrescamento estivo (che trattiamo in un’apposita sezione del presente sito).


Struttura generale

Un impianto di riscaldamento è un sistema tecnologico avente come scopo quello di mantenere determinati livelli di temperatura ambiente all’interno di un edificio al variare delle condizioni climatiche esterne (temperatura, umidità dell’aria, vento, ecc.) e delle condizioni interne (numero di persone presenti, quantità e tipologia di macchinari oppure di elettrodomestici in funzione, ecc.).

Per svolgere tale compito, un impianto di riscaldamento utilizza energia primaria in ingresso (fornita per mezzo di differenti vettori energetici: gas metano, biomasse, collettori solari termici, ecc.) e la converte in energia termica (ossia calore) in uscita.

Come accenniamo nelle pagine dedicate alle riqualificazioni energetiche (sezione "Il bilancio energetico di un edificio"), un impianto di riscaldamento può essere schematizzato come un sistema composto da quattro parti principali, secondo il seguente schema:




Ognuna di queste parti rappresenta sia una specifica funzione dell’intero impianto di riscaldamento, sia un sottosistema ben identificabile dell’impianto stesso. Ognuna delle parti costituenti è inevitabilmente sede di perdite energetiche, poiché in natura non esiste un componente che sia in grado di convertire interamente l’energia in ingresso nell’energia in uscita.

Matematicamente, tale fatto viene espresso attraverso lintroduzione di un parametro compreso fra lo 0% ed il 100%, solitamente indicato con la lettera greca η (si legge “eta”) e denominato “rendimento” oppure, per utilizzare un termine oggigiorno più conosciuto, "efficienza" (intesa come "efficienza energetica"). Se tale parametro vale 0% allora tutta l’energia in ingresso viene persa (cioè quella in uscita è nulla), se vale 100% allora tutta l’energia in ingresso viene convertita in energia in uscita, senza perdite (e, come già osservato, questo non è mai possibile).

Per fare un esempio che chiarisca le idee: se un impianto di riscaldamento che funziona a gas metano ha un rendimento complessivo
η = 85%, questo significa che per 1 kWh di energia in ingresso (pari a circa 0,105 standard metri cubi conteggiati dal contatore del gas), 0,85 kWh vengono convertiti in energia termica e sono quindi da considerarsi “utili” (perché servono a mantenere caldo l’edificio); la parte rimanente, ossia 0,25 kWh, vengono persi. In pratica, ciò significa che per ogni Euro di energia (da gas metano) fornita in ingresso, 85 centesimi sono "ben spesi" perché utilizzati per riscaldare l’edificio, mentre i rimanenti 25 centesimi vengono "buttati via". Per la verità, questo non è del tutto vero: questi 25 centesimi sono "buttati via" perché non contribuiscono al riscaldamento dell’edificio, ma di fatto costituiscono una spesa necessaria per il funzionamento dell’impianto (come se si trattasse di una sorta di "tassa": fastidiosa, ma inevitabilmente da pagare…).

Diremo quindi che un impianto di riscaldamento è "efficiente" (o che "ha un alto rendimento") se la parte di energia (e di denaro) "buttata via" è minima rispetto a quella richiesta in ingresso.

Come indicato nella figura precedente, la quantità di calore Q (in kWh) fornita all’edificio per mantenerne costante la temperatura è calcolabile come Q =
η x EP, dove EP indica lenergia primaria fornita in ingresso per mezzo di un vettore energetico e η è il rendimento complessivo dell’impianto di riscaldamento. Si può dimostrare che tale rendimento è dato dal prodotto dei rendimenti delle singole parti che costituiscono l’impianto, cioè:



e quindi::



Questa formula indica chiaramente che per avere un impianto di riscaldamento efficiente è necessario che ognuna delle sue componenti sia essa stessa efficiente (ossia con un rendimento il più alto possibile). È come accade per una cordata di alpinisti: la "forza" dell’intera cordata dipende dall’elemento più "debole"; con più i singoli alpinisti fanno del loro meglio, con più l’intera cordata procederà veloce (e bene, cioè con dispersioni energetiche ridotte al minimo).

Generatori di calore


Tipologie

Il generatore di calore è il "cuore" di un impianto di riscaldamento. Esso assorbe energia primaria in ingresso, fornita da un certo vettore energetico, e la trasforma in calore in uscita. Tale calore non verrà però tutto utilizzato per riscaldare l’edificio, a causa, come abbiamo visto, delle perdite presenti nelle altre tre componenti dell’impianto.

Oggigiorno le tipologie di generatore di calore sono moltissime e non risulta qui possibile richiamarle tutte né approfondire ciascuna di esse. Per avere un’idea della complessità e della vastità dell’argomento, ecco le possibili classificazioni dei generatori di calore:

  • In base al tipo di installazione: generatori murali, pensili, a basamento, combinati, ecc.

  • In base al tipo di combustibile: generatori a combustibile solido (legna, carbone, coke, pellet, ecc.), a combustibile liquido (gasolio, nafta, olio combustibile, biodiesel, ecc.) ed a combustibile gassoso (gas metano, GPL, ecc.)

  • In base al fluido termovettore, ossia al "mezzo" utilizzato per trasportare il calore prodotto al resto dell’impianto di riscaldamento: generatori ad acqua calda, ad acqua surriscaldata, a vapore, ad olio diatermico, ad aria calda, ecc.

  • In base al materiale di costruzione: principalmente ghisa, acciaio, alluminio-silicio, ecc.

  • In base alla pressione nella camera di combustione: generatori "in pressione" o "depressurizzati"

  • In base alla temperatura dei fumi: generatori a temperatura scorrevole, a condensazione ed a doppia condensazione



Componenti principali
In queste pagine tratteremo soltanto le tipologie di generatori di calore principali e più diffuse, ossia le caldaie a gas (con qualche cenno a quelle a gasolio). In altre sezioni del sito vengono analizzati altri generatori di calore: a biomassa (fra cui anche stufe, camini, termocamini, ecc.) e pompe di calore.

Rimanendo dunque su queste tipologie di generatore, illustriamo innanzitutto le principali componenti che costituiscono una caldaia, prendendo come riferimento la tipologia murale a gas metano (in assoluto la più diffusa in Italia in ambito residenziale autonomo) e la tipologia a basamento, a gas metano o a gasolio (in assoluto le più diffuse in ambito condominiale). Forniamo alcune immagini utili per la nostra analisi:





Per descrivere le parti principali, facciamo riferimento ad una caldaia murale alimentata a gas metano. La versione a basamento presenta sostanzialmente le medesime componenti (anche se realizzate in modo differente), mentre i generatori alimentati a gasolio (di cui la versione murale non è più in commercio da molti decenni) sono costituiti da componenti in alcuni casi differenti ma, essenzialmente, le parti principali coincidono con quelli delle caldaie a gas.

Una caldaia è composta da una "custodia" isolata, detta "mantello", che ha la doppia funzione di limitare le perdite di calore verso l’esterno (su questo aspetto torneremo nel seguito) e di proteggere le componenti interne da sporcizia, acqua, vento, ecc. Se continuiamo l’osservazione esterna, vediamo anche un’altra parte fondamentale, ossia lo scarico dei fumi (detto "camino"), che viene collegato ad un’opportuna tubazione.

Passando all’analisi interna, le componenti principali sono:

  • Il bruciatore, all’interno del quale avviene la combustione del gas metano oppure del gasolio. È presente un sistema che garantisce il corretto apporto di aria affinché la combustione possa avvenire in modo corretto ed energeticamente efficiente. Oggigiorno, praticamente tutte le caldaie sono anche dotate di un sistema che permette di modulare il funzionamento del bruciatore, ossia di regolare l’energia termica da esso fornita al fluido termovettore, in base alla temperatura desiderata per gli ambienti da riscaldare e/o per l’acqua calda sanitaria.

  • Lo scambiatore di calore, che consente il passaggio di calore dal bruciatore al fluido termovettore; in questo caso si parla normalmente di "scambiatore di calore principale". Se la caldaia è anche destinata alla produzione combinata di acqua calda sanitaria, allora è pure presente uno scambiatore di calore "secondario".

  • Il vaso di espansione, che funge da "polmone" per la caldaia in quanto è in grado di bilanciare l’aumento di volume del fluido termovettore a seguito dell’aumento della sua temperatura.

  • Il circolatore, ossia una pompa che mette in circolazione il fluido termovettore all’interno della rete di distribuzione e degli emettitori (poiché tale circuito è normalmente di tipo chiuso, si preferisce parlare di "circolatore" e non di "pompa", anche se, di fatto, un circolatore è una vera e propria pompa, alimentata elettricamente).

  • Il sistema di controllo, con il quale l’utente interagisce attraverso il pannello di controllo ma che, di fatto, è costituito anche da molte altre componenti elettromeccaniche ed elettroniche. Compito principale di questo sistema è quello di regolare il funzionamento del bruciatore di modo che, anche in base ai segnali esterni forniti dal sottosistema di regolazione, il fluido termovettore (ed eventualmente anche l’acqua calda sanitaria, se ne è prevista la produzione combinata) venga mantenuto il più possibile vicino alla temperatura corretta. Inoltre il sistema di regolazione funge anche da "sentinella": nel caso una delle protezioni interne (il termostato, che vigila sul surriscaldamento del fluido termovettore; il pressostato, che monitora la pressione dello stesso; ecc.) rilevi qualche parametro fisico non corretto, è il sistema di regolazione che decide come agire di conseguenza, in alcuni casi arrivando ad imporre il blocco completo della caldaia.

  • La ventola, che però non è presente in tutte le tipologie di caldaia. In particolare, essa è sempre presente nelle caldaie con bruciatori "ad aria soffiata": in questo caso, appunto, l’aria necessaria alla combustione viene "soffiata" dalla ventola all’interno del bruciatore, cosa che invece non accade se il bruciatore è di tipo "atmosferico" (e quindi, in questi modelli, la ventola è assente).



Potenze termiche e rendimenti
Addentrandoci maggiormente nelle questioni tecniche, è opportuno illustrare, seppur per sommi capi, le potenze termiche ed i rendimenti in gioco durante il funzionamento di una caldaia. Per fare questo, possiamo riferirci al seguente schema:




Esso rappresenta il diagramma di Sankey di una caldaia (detto anche "diagramma a fiume"). Di tale rappresentazione trattiamo più approfonditamente nelle pagine relative agli audit energetici industriali; ci limitiamo qui ad evidenziare come il diagramma di Sankey fornisca una lettura grafica immediata dei flussi di potenza e delle perdite energetiche presenti in un generico sistema fisico, nel presente caso costituito da una caldaia.

Il diagramma si legge dall’alto verso il basso e, in tal modo, esso fornisce anche un utile strumento per comprendere il funzionamento energetico del generatore di calore. La potenza al focolare Pf è la potenza termica sviluppata dalla combustione del vettore energetico primario (gas metano, gasolio, ecc.), che, come abbiamo visto, avviene all’interno del bruciatore.

Per ottenere la potenza convenzionale Pc dobbiamo sottrarre alla potenza al focolare Pf le perdite al camino Pca, ossia la potenza termica persa dovuta al calore sensibile contenuto nei prodotti di combustione che vengono scaricati all’esterno (e non utilizzati). In realtà (anche dal punto di vista Normativo) queste vengono chiamate "Perdite al camino a bruciatore acceso", ma esistono altri due tipi di perdite al camino da considerare:

  • Perdite al camino a bruciatore spento, dovute al tiraggio del camino che aspira aria dalla caldaia (e quindi dall’ambiente interno se la caldaia è installata internamente) verso l’esterno

  • Perdite per prelavaggio della camera di combustione, dovute alla quantità d’aria immessa nel bruciatore durante le fasi di accensione dello stesso


Proseguendo lungo il diagramma, osserviamo che per ottenere la potenza Pr, ossia la potenza termica resa al fluido termovettore (che, in sostanza, è la potenza "in uscita" dalla caldaia e che in Normativa viene generalmente indicata come "Potenza termica utile"), dobbiamo ancora sottrarre le perdite Pma al mantello, ossia la potenza dissipata per irraggiamento attraverso il "contenitore" della caldaia.

Per meglio visualizzare le perdite appena descritte, può essere molto utile il ricorso ad un’indagine condotta attraverso una termocamera. Ecco, ad esempio, la termografia di una caldaia a basamento a condensazione alimentata a gas metano:



A sinistra è riportata l’immagine al vero, a destra quella ad infrarossi (il cosiddetto "termogramma"). Da quest’ultima possiamo notare una buonissima uniformità delle temperature superficiali del mantello ed una sufficiente uniformità di quelle relative al camino (naturalmente, quanto a queste ultime, i punti più adiacenti al generatore sono anche i più caldi). Tutto ciò porta senz’altro alla conclusione che la caldaia in questione funziona "bene" dal punto di vista energetico in quanto presenta delle perdite al camino ed al mantello non eccessivamente elevate ed uniformemente distribuite.

Con lo schema energetico che abbiamo introdotto rimangono pure definiti due diversi rendimenti per la caldaia, anch’essi indicati nello schema precedente:

  • Il rendimento termico utile (ηtu), mediante il quale si esprime, in misura percentuale, quanto della potenza al focolare Pf viene effettivamente "passata in uscita" al fluido termovettore

  • Il rendimento di combustione (ηc), che indica quanto della potenza al focolare messa a disposizione del bruciatore diviene potenza convenzionale; tale parametro è anche quindi indicativo delle perdite al camino


Alcuni dei parametri che abbiamo indicato vengono forniti dai produttori dei generatori (come, ad esempio, la potenza al focolare, che nei data-sheet viene indicata come "Potenza nominale"), altri sono da ricavare dalla Normativa vigente. Due parametri sono invece soggetti a verifiche periodiche e, per tale motivo, vengono misurati e possono quindi essere ricavati dal report prodotto a seguito di una "prova fumi", di cui tratteremo nel seguito.

La conoscenza dei parametri tecnici di una caldaia (potenze e rendimenti) è fondamentale sia per stabilirne l’effettiva efficienza energetica, sia per progettare un sistema edificio-impianti, sia, infine, durante la redazione di una certificazione energetica.


Le caldaie a condensazione ed a doppia condensazione
Come abbiamo anticipato, durante la combustione del vettore energetico primario una parte dei prodotti di combustione è costituita da vapor acqueo. In una caldaia tradizionale occorre smaltire tale vapore ed il calore latente in esso contenuto attraverso il camino, evitandone la condensazione in quanto essa darebbe luogo a fenomeni corrosivi all’interno della caldaia stessa. Questa è la principale causa delle perdite al camino di una caldaia di tipo tradizionale.

Viceversa, nelle caldaie a condensazione viene inserito un opportuno scambiatore di calore, avente proprio lo scopo di recuperare il calore latente prima che esso venga disperso nell’ambiente esterno attraverso il camino. Di fatto, tale recupero ha come effetto quello di diminuire le perdite al camino (che però non risultano mai annullarsi) e, così facendo, di aumentare il rendimento complessivo della caldaia (quello che in precedenza abbiamo indicato come "rendimento termico utile").

Il calore recuperato viene utilizzato per preriscaldare il fluido termovettore proveniente dalle rimanenti parti dell’impianto di riscaldamento ed i fumi espulsi da una caldaia a condensazione risultano avere sempre una temperatura inferiore a quelli espulsi da una caldaia di tipo tradizionale.

Per permettere il corretto funzionamento di una caldaia a condensazione, il fluido termovettore deve presentare una temperatura di ritorno (cioè di ingresso in caldaia) nettamente inferiore a quella che potrebbe avere con una caldaia tradizionale. Questo perché, in caso contrario, lo scambio di calore con i fumi non avverrebbe correttamente e la caldaia si comporterebbe, in pratica, come un generatore tradizionale.

Questo significa che una caldaia a condensazione non può di fatto essere correttamente utilizzata con ogni tipo di impianto termico: ad esempio, l’utilizzo con dei radiatori in ghisa richiede temperature del fluido termovettore comprese fra i 75 e gli 80 °C, troppo elevate per quelle necessarie con una caldaia a condensazione (30-40 °C). Viceversa, impianti con la presenza di radiatori in alluminio oppure di termoconvettori o ventilconvettori o, ancora, di impianti a pavimento/soffitto/parete radiante possono essere correttamente alimentati mediante una caldaia a condensazione.

Ma c’è di più: in generale, la "buona condensazione" dipende dalla possibilità di avere temperature contenute per il fluido termovettore e ciò dipende, in generale, dall’inerzia termica (ossia, dalla capacità di mantenere a lungo il calore) dell’intero sistema edificio-impianti. Quindi il valutare se conviene o meno l’utilizzo di una caldaia a condensazione richiede l’analisi accurata di tutto il sistema, non soltanto dell’impianto di riscaldamento.

Per tale motivo è sempre bene prestare particolare attenzione alle proposte che, specie oggigiorno, vengono fatte da progettisti ed installatori in merito all’installazione di nuove caldaie in caso di sostituzione di quelle vecchie, poiché, come abbiamo sottolineato, in certi casi la soluzione a condensazione non è per nulla opportuna. Per inciso, l’uso di una caldaia di questo tipo è possibile anche con impianti "ad alta temperatura" (come, appunto, quelli con radiatori in ghisa), a patto di prevedere anche l’installazione di opportuni dispositivi di regolazione, come ad esempio di termovalvole sui corpi scaldanti. Tratteremo tali aspetti nella sezione dedicata alla regolazione.

Conviene ora analizzare un aspetto prettamente tecnico, che viene sempre sfruttato dal punto di vista commerciale per "decantare" le caratteristiche (presumibilmente) imbattibili delle caldaie a condensazione rispetto a quelle tradizionali. Vogliamo valutare questo aspetto non certo per denigrare le caldaie a condensazione (che, a "conti energetici" fatti, sono oggigiorno un ottimo modo per risparmiare energia e denaro… ma non sempre), piuttosto per capire meglio cosa ci viene raccontato dai progettisti, dagli installatori o dai rappresentanti delle ditte produttrici quando, ad ogni costo, vogliono farci installare una caldaia a condensazione. Capito bene questo aspetto, starà poi a noi valutare se la proposta fatta è seria oppure se non vale la pena prenderla in considerazione. Per trattare questo argomento dobbiamo fare preventivamente cenno ad un paio di questioni tecniche non proprio semplici, ma che cercheremo di esporre in modo il più semplificato possibile.

Abbiamo già spiegato che la combustione è un fenomeno fisico-chimico che, a partire da un certo combustibile (ad esempio il gas metano) e da un certo comburente (aria) sviluppa calore, eventuali residui solidi e vapor acqueo. In tale vapore è contenuto del calore (detto "calore latente"), che viene disperso, cioè che non rientra nel conteggio del calore complessivo sviluppato dal processo di combustione. Per tale motivo, per ogni combustibile (o vettore energetico che dir si voglia) vengono definiti due importanti parametri fisici:

  • Potere calorifico inferiore (PCI): è la quantità di calore (espressa in kWh) che si ottiene dalla combustione di un quantitativo unitario di combustibile (ad esempio: 1 standard metro cubo per il gas metano, un chilogrammo di pellet, ecc.) senza considerare il calore latente; quindi l’unità di misura del PCI è [kWh/smc], [kWh/kg], ecc.

  • Potere calorifico superiore (PCS): stessa definizione del PCI, ma qui si considera anche il calore latente; le unità di misura utilizzate sono le stesse del PCI


Ad esempio, il gas metano, mediamente sul territorio italiano, ha PCI = 9,27 kWh/smc e PCS = 10,30 kWh/smc. Questo significa che se bruciamo uno standard metro cubo di gas metano otteniamo 9,27 kWh di calore; se recuperiamo, in qualche modo, il calore latente, otteniamo invece 10,30 kWh/smc.

Nelle caldaie tradizionali il recupero di calore non è possibile, quindi siamo nella prima condizione; con le caldaie a condensazione siamo invece nella seconda, a patto che risulti possibile (cosa che non avviene mai) recuperare tutto il calore latente. Questo ha portato, negli anni, a qualche inconveniente tecnico e commerciale riguardante la definizione del rendimento termico utile di una caldaia.

Per chiarire meglio la questione, appoggiamoci ad un esempio numerico. Iniziamo con una caldaia tradizionale a gas metano, calcolandone il rendimento secondo il seguente schema:



Il rendimento così calcolato è riferito al PCI del combustibile (nel nostro caso gas metano) in quanto in una caldaia tradizionale, come abbiamo già evidenziato, il calore latente non viene recuperato.

Consideriamo ora una caldaia a condensazione con la medesima potenza al focolare; il diagramma di Sankey è da modificare per tener conto del recupero di una parte del calore latente e diventa il seguente:



Rispetto all’analogo diagramma che abbiamo fornito in precedenza per una caldaia tradizionale, qui abbiamo dovuto rappresentare la parte di calore che viene recuperata grazie alla condensazione ed abbiamo indicato questa come Qrec. La parte non recuperata è la potenza sprigionata dal calore latente Ql effettivamente perso.

Ora facciamo il calcolo come abbiamo già fatto nel caso tradizionale. La potenza resa vale quindi:



che è maggiore di 7 kW rispetto al caso della caldaia tradizionale e tale differenza corrisponde con la potenza termica recuperata. Grazie a tale recupero, la potenza che deve essere fornita in ingresso durante il normale funzionamento non vale più 100 kW, bensì 100 – 7 = 93 kW, quindi il rendimento termico utile riferito al PCI vale:



Questo "incredibile" risultato viene sempre sfruttato, a livello commerciale, per garantire ai clienti che la caldaia a condensazione "fa miracoli" perché, avendo un rendimento superiore al 100%, essa darebbe in uscita una potenza termica addirittura superiore a quella fornita in ingresso. Quindi la caldaia a condensazione sarebbe una sorta di "marchingegno prodigioso", un vero e proprio "miracolo della scienza".

In realtà, naturalmente, le cose non stanno così: abbiamo già affermato che non esiste in natura un dispositivo in grado di comportarsi in questo modo… Ed allora dove sta l’inghippo? Esso sta proprio nel calcolo del rendimento: poiché la caldaia a condensazione recupera una parte del calore latente, il calcolo corretto del rendimento deve essere effettuato non con riferimento al PCI (come per la caldaia tradizionale), bensì al PCS. Questo calcolo può essere condotto in due modi; noi utilizziamo il più immediato, osservando semplicemente che, affinché possa esistere un calore recuperato (con potenza termica pari, nel nostro esempio, a 7 kW), è comunque necessario fornire in ingresso una potenza al focolare pari a 100 kW. Se, ragionando in termini di PCI (e quindi "sbagliando") pensassimo veramente di fornire in ingresso 100 – 7 = 93 kW, allora diminuirebbe di conseguenza anche il calore recuperato. Quindi il calcolo del rendimento termico utile riferito al PCS fornisce, in sostanza:



Si tratta di un buonissimo risultato: grazie al recupero di una parte del calore latente, il rendimento è aumentato del 7% rispetto al caso della caldaia tradizionale. Ma esso è, correttamente, inferiore al 100%, con buona pace di venditori e rappresentanti di caldaie a condensazione.

Ciò non significa che una caldaia a condensazione non fa risparmiare energia (e denaro), anzi: l’aumento del rendimento indica chiaramente che, a parità di potenza al focolare, otterremo una potenza termica resa (e quindi, in ultima analisi, un calore fornito agli ambienti interni) maggiore.

Qualche cenno meritano infine le caldaie a doppia condensazione, sviluppate e messe in commercio negli ultimi anni da alcuni produttori. Il principio di base di tali caldaie è quello di recuperare il calore latente non solo durante la stagione invernale (allorquando il generatore riscalda il fluido termovettore necessario al riscaldamento degli ambienti), ma anche, durante tutte le stagioni, allorquando il generatore produce acqua calda sanitaria. Dal punto di vista del rendimento complessivo della caldaia il confronto con una "semplice" caldaia a condensazione è praticamente immediato, basta far riferimento ai seguenti diagrammi:




Meno immediata è stata la realizzazione pratica di questo tipo di funzionamento anche se, soprattutto negli ultimi anni, esistono in commercio alcuni prodotti realizzati molto bene e, naturalmente, molto ben funzionanti. Qui ci limitiamo a dire che il passaggio da caldaia a condensazione a caldaia a doppia condensazione richiede non solo l’inserimento di un ulteriore scambiatore di calore (o l’utilizzo di scambiatori di calore molto più efficienti), ma anche di una componentistica elettronica ben più sofisticata, dedita al controllo ottimale di tutti i regimi di recupero e funzionamento (quindi durante tutte le stagioni).


Rendimenti tipici dei generatori di calore
È interessante fornire i valori tipici del rendimento termico utile (ηtu) delle varie tipologie di generatori di calore. Anche limitandoci alle tipologie trattate nelle presenti pagine, tale operazione risulta alquanto difficoltosa a causa degli innumerevoli modelli – tradizionali ed innovativi – oggigiorno proposti dai molti produttori.

Può però tornare molto utile riferirsi alla Norma UNI-TS 11300-2:2014 ("Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 2: determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale, per la produzione di acqua calda sanitaria, per la ventilazione e per l’illuminazione in edifici non residenziali"); in essa vengono forniti tutti i metodi di calcolo necessari alla determinazione del fabbisogno energetico di un edificio, nonché una molteplicità sufficientemente estesa di valori di riferimento dei diversi parametri coinvolti, fra i quali, appunto, i rendimenti termici utili.

La citata Norma fornisce in realtà alcuni prospetti ed una formula, tramite i quali poter calcolare i valori di riferimento di tali rendimenti. In particolare, i
l calcolo è da eseguirsi come:




dove Fi sono i coefficienti correttivi che indichiamo nella tabella riportata di seguito. Da evidenziare che, coerentemente con il D.M. 19/02/2007, i valori indicati sono stati calcolati come media rispetto a quelli riportati nei prospetti da 25 a 28 dalla Norma UNI-TS 11300-2.





Centrali termiche
Nel senso più tradizionale del termine, una centrale termica è un locale tecnico adibito all’alloggiamento di uno o più generatori di calore e dei dispositivi ed impianti necessari al loro funzionamento.

In realtà, dal punto di vista normativo, sarebbe corretto parlare di centrale termica soltanto quando la potenza termica dei generatori installati (ma, naturalmente, può esserne presente anche uno solo) supera il valore di 30.000 kcal/h. In effetti, la Normativa suddivide i generatori in cinque "classi di potenzialità", identificabili in base alla potenza nominale complessiva degli stessi:

  • Fino a 35 kW (30.000 Kcal/h)

  • Da 35 a 116 kW (da 30.000 Kcal/h 100.000 Kcal/h)

  • Da 116 a 350 kW (da 100.000 Kcal/h 300.000 Kcal/h)

  • Da 350 a 1.162 kW (da 300.000 Kcal/h 1.000.000 Kcal/h)

  • Oltre 1.162 kW (Oltre 1.000.000 Kcal/h)


Secondo la classe d’appartenenza, ogni generatore di calore deve rispondere a specifiche Norme legislative e tecniche.

Inoltre, le centrali termiche con classe di potenzialità compresa tra i 35 kW ed i 116 kW risultano soggette ai disposti legislativi di competenza del Ministero degli Interni. In aggiunta, le centrali termiche con classe di potenzialità maggiore di 116 kW sono anche soggette al rilascio del certificato di prevenzione incendi (CPI) da parte del Comando dei Vigili del Fuoco.

Trattare questi argomenti all’interno del presente sito web non risulta semplice e trascenderebbe comunque gli scopi dello stesso, a causa della loro vastità e complessità, a cui si aggiunge il continuo cambiamento ed aggiornamento normativo degli ultimi anni.

Quello che invece può essere utile è descrivere sommariamente cosa si trova all’interno di una centrale termica, dove questa viene solitamente collocata e quali accortezze bisogna seguire nel caso in cui vi si acceda.

Normalmente, una centrale termica viene collocata al piano seminterrato di un edificio o gruppo di edifici. Tale scelta ha motivazioni sia tecniche (il terreno può aiutare a disperdere meno calore), sia economiche (non si porta via spazio abitabile ai piani superiori), sia, infine, legate alla sicurezza (gli effetti di un eventuale incendio o scoppio possono essere maggiormente tenuti sotto controllo). Un'altra soluzione, come vedremo in seguito, è la realizzazione della centrale termica nel sottotetto di un edificio, anche se, al giorno d’oggi, tale strategia è stata ormai quasi del tutto abbandonata.

All’interno di una centrale termica può accedere soltanto il personale autorizzato e qualificato, come ad esempio l’installatore ed il manutentore. Nel caso di un contesto condominiale, i singoli condomini non potrebbero accedere alla centrale termica e l’accesso sarebbe consentito soltanto all’amministratore di condominio (se nominato) ed al "terzo responsabile" (se nominato), di cui tratteremo nel seguito. Tutte queste limitazioni sono di fatto dovute alla necessità di garantire, all’interno di questi ambienti "particolari", esclusivamente la presenza di persone che "sanno come muoversi e dove mettere le mani", in modo da non creare pericoli (per sé e per gli altri). In aggiunta, nei casi condominiali, il fatto che i condomini non possano accedere ala centrale termica è anche garanzia che nessuno di loro possa manomettere i sistemi di regolazione e di contabilizzazione del calore.

Rispetto allo schema generale di un impianto termico che abbiamo analizzato in precedenza, in presenza di una centrale termica normalmente si aggiunge una sezione, ossia quella di accumulo. Essa, caratterizzata da una sua efficienza, consente l’accumulo di calore quando questo non è molto richiesto dalle utenze, il quale viene rimesso a disposizione quando la richiesta torna ad essere significativa. Pensiamo ad un condominio: nella fascia oraria stabilita per l’accensione del riscaldamento il generatore è impegnato a fornire calore agli ambienti degli appartamenti; nelle rimanenti ore, anziché spegnere del tutto il generatore è possibile impiegarlo per produrre calore da immagazzinare nell’accumulo ed impiegarlo il giorno successivo, "aiutando" il generatore stesso nei momenti di maggior richiesta da parte delle utenze, con un sicuro aumento dell’efficienza energetica complessiva.




Sistemi di distribuzione

Un sistema di distribuzione è quella parte di un impianto di riscaldamento che permette di "portare il calore" dal generatore ai terminali di emissione. Questo avviene mediante un fluido termovettore, che può essere costituito da acqua, acqua glicolata (in cui il glicole ha la funzione di antigelo), aria, olio diatermico, vapore, acqua surriscaldata, ecc.

Nelle presenti pagine faremo esclusivo riferimento al fluido termovettore in assoluto più utilizzato nel contesto residenziale e del terziario e che presenta anche una consistente diffusione in ambito industriale, ossia l’acqua glicolata; ci si riferisce normalmente a tali sistemi come "impianti ad acqua calda" ed è doveroso ricordare che non si tratta di acqua calda destinata ad usi sanitari, bensì di acqua "tecnica".

Esistono moltissimi schemi di distribuzione adottabili a seconda dei contesti (singola abitazione, condominio, ecc.); ne esistono inoltre altri (come ad esempio gli "impianti monotubo") che sono stati adottati in periodi storici specifici ma che ormai sono stati definitivamente abbandonati, anche se capita ancora di trovarli installati e funzionanti all’interno di alcuni edifici.

Nonostante tale complessità, è possibile raggruppare i diversi schemi di distribuzione in tre categorie:

  • Impianti autonomi: si intendono quei sistemi di riscaldamento in cui un unico generatore di calore (oppure un unico gruppo di generatori che lavorano assieme) serve una sola unità abitativa

  • Impianti centralizzati: si intendono quei sistemi di riscaldamento in cui un unico generatore di calore (oppure un unico gruppo di generatori che lavorano assieme), collocato in un locale apposito denominato "centrale termica", serve contemporaneamente più unità abitative (è il caso tipico dei contesti condominiali)
  • Impianti di teleriscaldamento: in tal caso sono da considerare più tipologie, in quanto possono essere presenti più generatori di calore distribuiti su un unico territorio (ad esempio, un quartiere cittadino) che, mediante un’unica e coerente rete di distribuzione, servono più edifici; all’interno di tali edifici il calore può poi seguire uno schema di tipo autonomo (se l’edificio comprende un’unica unità abitativa) oppure di tipo centralizzato (se l’edificio comprende più appartamenti)


Osserviamo che anche un impianto autonomo può avere una struttura "complessa", anche se sicuramente inferiore a quella presentata da un impianto centralizzato: basta pensare, al proposito, ad un generatore di calore a servizio di una villa disposta su più piani.

Impianti centralizzati
Dai primi decenni del 1900 e fino al secondo dopoguerra la maggior parte degli impianti centralizzati era del tipo "a circolazione naturale". Il principio di base era quello di sfruttare la differente densità del fluido termovettore di mandata rispetto a quello di ritorno, causata dalle differenti temperature delle due sezioni (detta in gergo "salto termico" e dovuta al fatto che, cedendo calore all’ambiante attraverso i terminali di emissione, il fluido termovettore si raffredda). La spinta motrice risultava in questi casi molto piccola e, affinché l’impianto potesse funzionare correttamente, era necessario:


Dal secondo dopoguerra in poi vennero sempre più presi in considerazione e realizzati impianti dotati di pompe ad alimentazione elettrica, grazie al notevole sviluppo tecnologico che queste videro (e che vedono tuttora) in termini di efficienza energetica (quindi di riduzione dei consumi elettrici), silenziosità di funzionamento ed affidabilità di servizio. Oggigiorno la tipologia di impianto a circolazione naturale è praticamente stata abbandonata e tutti gli impianti vengono realizzati "a circolazione forzata", ossia con l’inserzione di pompe o circolatori.

Una pompa lavora su un circuito detto "aperto", nel quale cioè il fluido può "uscire" e deve quindi continuamente essere ripristinato. Di fatto, salvo poche eccezioni, gli impianti di riscaldamento sono di tipo "chiuso", quindi il fluido termovettore è sempre lo stesso e sempre nella stessa quantità. In questo caso è più corretto parlare di "circolatori", i quali, quindi, non sono altro che pompe che lavorano su un circuito chiuso. Sembra una differenza formale ma in realtà essa è anche sostanziale: una pompa deve essere dimensionata per movimentare una certa quantità di fluido (detta "colonna equivalente d’acqua") e per vincere le diverse resistenze dovute alle tubazioni, ai raccordi ed al valvolame (dette in gergo "perdite di carico"); un circolatore, invece, viene dimensionato esclusivamente tenendo conto delle perdite di carico. Quindi, a parità di tutte le altre condizioni, un circolatore avrà una "taglia" (cioè una potenza nominale) inferiore ad una pompa e, di conseguenza, un costo minore. Nell’immagine seguente riportiamo, per un semplice confronto visivo, la foto di un circolatore per impianti di riscaldamento e di una pompa per impianti di produzione di acqua calda sanitaria:



Il circolatore mette in moto il fluido termovettore lungo la rete di distribuzione, permettendo il "trasporto" del calore dal generatore ai terminali di emissione, la sua cessione all’ambiente mediante questi ultimi ed il ritorno dello stesso fluido, ora più freddo, al generatore stesso. L’insieme delle tubazioni, dei raccordi e del valvolame costituisce la rete di distribuzione.

Le tubazioni vengono solitamente realizzate in acciaio nero oppure, per impianti di piccole dimensioni, in rame e devono essere opportunamente isolate (in gergo: "coibentate"), in modo da disperdere la minima quantità possibile di calore. Fino alla fine degli anni ’80 del secolo scorso non era infrequente la realizzazione mediante tubazioni in ferro zincato, completamente non coibentate; tale esecuzione non è più in uso e, anzi, è oggigiorno addirittura vietata dalla Normativa in quanto altamente inefficiente.

Nella maggior parte dei casi le reti sono, in generale, a "due tubi": quello di mandata che porta il fluido termovettore (caldo) dal generatore
ai terminali di emissione e quello di ritorno (più freddo) che consente al fluido termovettore di effettuare il percorso inverso.

Era d’uso nella seconda metà del secolo scorso, specialmente in contesti condominiali nelle grandi città, la realizzazione di impianti "monotubo": in questo caso il collegamento dei terminali di emissione era realizzato con uno schema ad anello (detto anche "entra ed esci"), quindi un unico tubo fungeva da mandata e contemporaneamente da ritorno per il fluido. Oggigiorno questa tipologia di impianto, ben poco efficiente, viene ancora proposta con lo scopo di risparmiare denaro durante la realizzazione ma, fortunatamente, sta via via perdendo il suo "appeal commerciale".

Fatte queste premesse, analizziamo ora le principali e più diffuse tipologie di schemi di impianto centralizzato a due tubi. Non ci addentreremo negli aspetti tecnici, nella progettazione e nei calcoli, ci limiteremo soltanto a fornire gli schemi, a darne una sommaria descrizione e ad evidenziarne pregi e difetti. Gli impianti centralizzati si distinguono innanzitutto in due grosse categorie: a distribuzione verticale ed a distribuzione orizzontale. Inoltre, in entrambi i casi, la distribuzione può avvenire "dal basso" (centrale termica collocata solitamente nel piano seminterrato) oppure "a pioggia" (centrale termica collocata, ad esempio, nel sottotetto). Esiste, come sottocaso della tipologia a distribuzione orizzontale, un ulteriore categoria, ossia quella che prevede l’utilizzo di collettori. Nelle figure seguenti illustriamo le diverse combinazioni possibili, facendo per ora riferimento a degli emettitori di tipo tradizionale (radiatori, termoconvettori o ventilconvettori) e rimandando alle relative sezioni l’analisi degli altri tipi di emettitori:



In un impianto centralizzato a distribuzione verticale, la centrale termica è posta nel piano seminterrato (distribuzione "dal basso") oppure in un sottotetto o in terrazza (distribuzione "a pioggia"). Nella medesima centrale termica i tubi di mandata e di ritorno vengono posati di modo che, uscendo dalla caldaia, essi formino un circuito orizzontale, normalmente non chiuso (non si tratta dunque di un anello), al quale viene collegato un certo numero di tubazioni verticali, ciascuna detta "colonna montante". Tali colonne attraversano tutta l’altezza dell’edificio.

Ad ogni colonna montante è collegato un emettitore per ciascun piano; ciò significa che il numero, la tipologia e la disposizione degli emettitori deve essere identica per ogni appartamento, di modo da garantire una corretta equilibratura dell’intero impianto.

Poiché gli emettitori sono normalmente collocati sulle pareti perimetrali che confinano con l’esterno, la maggior parte delle colonne montanti risultano anch’esse installate all’interno di tali pareti. Questo fa in modo che le dispersioni di calore verso l’esterno siano non trascurabili, anche nel caso in cui le colonne siano state ben coibentate.

Un impianto di questo tipo presenta l’indiscutibile vantaggio di avere costi ridotti dal punto di vista del materiale utilizzato e dell’installazione e questo è il motivo principale per il quale tale tipologia è stata molto utilizzata in passato nei contesti condominiali. Di contro, è però necessario tener conto del fatto che non risulta possibile una gestione dell’impianto del singolo appartamento; ad esempio, in caso di sostituzione di un terminale di emissione, sarà necessario mettere fuori servizio un’intera colonna montante, creando disagio anche negli appartamenti non interessati direttamente dai lavori.

Occorre inoltre ricordare il problema che tipicamente si presenta per i condomini che hanno questa tipologia di impianto (e per i quali non si è provveduto ad alcuna contromisura tecnologica), ossia la concreta difficoltà di gestire la temperatura di mandata del fluido termovettore affinché tutti gli appartamenti possano avere al loro interno il corretto livello di comfort termoigrometrico. Il tutto deriva dal fatto che, man mano che il fluido termovettore si "allontana" dalla centrale termica, perde calore e quindi la sua temperatura si abbassa. Ipotizzando che la temperatura di mandata ideale sia 80 °C, questa deve essere garantita per gli appartamenti più lontani (quelli all’ultimo piano se la centrale termica è nel seminterrato, quelli al piano terra se l’impianto è a pioggia), il che costringe ad aumentare la temperatura di mandata in uscita dalla caldaia (nel nostro esempio, ipotizziamo a 95 °C). Ma questo, di fatto, crea un eccessivo surriscaldamento negli appartamenti più vicini alla centrale termica… L’esperienza suggerisce che questo aspetto non solo è la principale causa di dis-comfort termoigrometrico in contesti del genere, ma anche il principale argomento di "discussione" durante le relative assemblee condominiali.

Da sottolineare, infine, che con un impianto di questo tipo la temperatura interna agli appartamenti non è "variabile" a piacimento degli utenti, dovendo rimanere fissa quella di mandata del fluido termovettore.

Anche nel caso degli impianti a distribuzione orizzontale sono presenti delle colonne montanti, ma queste sono in numero sensibilmente minore rispetto al caso precedente in quanto ad ogni coppia mandata-ritorno vengono collegati, ad anello e con schemi anche molto differenti fra di loro, più emettitori presenti nel medesimo appartamento. Le colonne sono generalmente installate all’interno delle pareti che confinano con i vani scala, dunque le perdite di calore sono ridotte rispetto allo schema con distribuzione verticale. Inoltre i lavori di manutenzione all’interno di un appartamento non comportano alcun disagio per gli altri appartamenti, in quanto ogni unità abitativa è dotata di opportune saracinesche di chiusura degli anelli.

Permane, anche se in misura ridotta, il problema delle differenti temperature di mandata degli appartamenti. L’impianto risulta in qualche misura più costoso in quanto necessita di maggiori tubazioni e tempi di posa. Permane anche il problema della gestione del calore per i singoli appartamenti: le temperature non possono neppure in questo caso essere "decise" dagli utenti.

Nel caso di distribuzione orizzontale con collettori di zona si ha normalmente una sola coppia di colonne montanti, il che fa immediatamente capire quanto sia ridotto il problema delle dispersioni di calore di tali tubazioni, tenendo anche presente che pure in questo caso esse vengono installate all’interno delle pareti confinanti con gli ambienti interni (vani scala).

Ogni appartamento è, in un certo qual modo, "autonomo": all’ingresso viene installato un collettore, al quale da un lato risulta allacciato l’impianto di distribuzione centralizzato (colonne montanti), dall’altro i diversi anelli di alimentazione degli emettitori. In questo modo ciascun utente può stabilire autonomamente la temperatura desiderata all’interno del proprio appartamento, eventualmente impostando differenti set-point per differenti zone (se lo schema dell’impianto interno all’appartamento lo consente).

Il costo di questa tipologia è senz’altro maggiore rispetto a quello dei due casi precedenti ma, di contro, il comfort termoigrometrico risulta in genere adeguato alle esigenze dell’utenza. Va da sé che l’esecuzione di lavori di manutenzione all’interno di un appartamento non influenza in alcun modo gli altri appartamenti.

Riportiamo nell’immagine seguente un esempio di collettore, con evidenziate le differenti parti che lo costituiscono:




Impianti autonomi

Questa tipologia è senz’altro più semplice rispetto a quella degli impianti centralizzati, in quanto un impianto autonomo è normalmente a servizio di un’unica unità abitativa.

Nella maggior parte dei casi è presente un unico generatore di calore che provvede contemporaneamente sia alla produzione di acqua calda sanitaria, sia all’alimentazione dell’impianto di riscaldamento. Il generatore più diffuso in Italia è la caldaia, quasi sempre a gas metano e prioritariamente di tipo murale o pensile.

Fino alla fine degli anni ’90 del secolo scorso era molto diffusa la soluzione che prevedeva l’installazione della caldaia all’interno delle abitazioni (tipicamente in cucina) ma poi, anche grazie alle nuove imposizioni normative di allora, si è definitivamente passati alle installazioni all’aperto. Questa seconda soluzione presenta lo svantaggio della maggior dispersione di calore rispetto all’installazione interna, ma anche l’indiscutibile maggior sicurezza riguardo alla prevenzione del rischio per perdite di gas ecc. Non sono comunque esclusi casi di installazione differenti: caldaie a basamento, generatori installati in piccole centrali termiche, ecc.

Normalmente sono assenti i circolatori dell’impianto di riscaldamento ed i sistemi di accumulo termico, a parte quelle situazioni (peraltro più diffuse di quanto si possa immaginare) in cui l’abitazione – e dunque il volume degli ambienti da riscaldare – risulta considerevole.

Gli schemi installativi si sono evoluti nel corso degli anni, passando da semplici circuiti in anello diretto, in cui tutti gli emettitori risultano collegati "in serie" sul circuito (cioè la mandata in ingresso, il ritorno in uscita, il quale a sua volta diviene mandata per l’emettitore successivo), a circuiti più evoluti che prevedono l’utilizzo di veri e propri collettori (caso tipico è quello delle abitazioni su più piani, come ad esempio accade per le villette a schiera).


Teleriscaldamento

Un sistema di teleriscaldamento è, in un certo qual senso, un impianto di riscaldamento di tipo centralizzato. Ma, a differenza delle tipologie che abbiamo analizzato in precedenza, in questo caso la "centrale termica" – che più propriamente prende il nome di "centrale di produzione" – si trova a servire non delle unità abitative poste all’interno del medesimo edificio, bensì più edifici collocati all’interno dello stesso contesto territoriale.

L’estensione di un impianto di teleriscaldamento dipende dalla zona servita: un impianto di questo tipo può servire aree più o meno estese, dal piccolo quartiere o paese, alla grande città, alla riunione di più comuni limitrofi.

Il vantaggio principale dell’utilizzo di un impianto di questo tipo è la completa eliminazione di molti dispositivi presenti in un impianto tradizionale. Le canne fumarie (i "camini"), i circolatori, i sistemi di accumulo ecc. non sono più installati all’interno dei singoli edifici, ma fanno parte della centrale di produzione. Questo consente evidentemente un notevole risparmio economico dal punto di vista dei costi di installazione.

Inoltre, anche i costi di manutenzione e di gestione risultano notevolmente ridotti in quanto essi sono principalmente da allocarsi al sottosistema di generazione e dunque, in questo caso, vengono ripartiti fra tutte le utenze allacciate all’impianto.

Fra i vantaggi dell’utilizzo di un impianto di teleriscaldamento occorre infine ricordare quelli di tipo ambientale: al di là del vettore energetico impiegato nella centrale di produzione, la combustione centralizzata consente di immettere in atmosfera un quantitativo di emissioni climalteranti significativamente inferiore a quelle che verrebbero emesse da tutte le utenze allacciate all’impianto se queste si dotassero, ciascuna, del proprio impianto (autonomo e centralizzato che sia).

Naturalmente è bene citare anche gli svantaggi che, attualmente, presentano queste tipologie di impianti; i principali sono:

  • Salvo rare eccezioni (di cui poi citeremo un esempio), la convenienza economica di un impianto di teleriscaldamento sussiste soltanto in aree densamente abitate o comunque con un significativo numero di utenze, in modo che il consistente investimento iniziale (per la progettazione, l’installazione e l’avvio dell’impianto) possa essere efficacemente ripartito e che i tempi di rientro dell’investimento risultino accettabili

  • La necessità di avere una gestione tecnico-economica molto efficace per l’intero sistema, con una contabilizzazione molto rigorosa e da parte di soggetti dotati delle corrette competenze in materia
  • Le dispersioni termiche presenti per gli impianti all’interno degli edifici: a differenza degli impianti autonomi o centralizzati, per i quali la circolazione del fluido termovettore può eventualmente essere interrotta durante quei periodi in cui nessuna utenza "fa richiesta di calore", per gli impianti di teleriscaldamento è sempre necessario che la circolazione sia continua, in modo da soddisfare quasi istantaneamente le richieste delle utenze; questo, naturalmente, fa in modo che le dispersioni termiche risultino continuativamente presenti


La scelta di installare un impianto di teleriscaldamento è dunque assai complicata e richiede generalmente l’intervento, a mo’ di "garante", della pubblica amministrazione. Il problema degli alti costi di investimento è stato negli ultimi anni risolto avvalendosi degli opportuni incentivi economici messi a disposizione dall’Unione Europea oppure mediante l’affidamento delle opere e della successiva gestione a delle ESCo in grado di amministrare anche gli aspetti economico-finanziari del progetto e dell’esercizio dell’impianto.

Con riferimento ad un piccolo contesto cittadino, lo schema di principio di un impianto di teleriscaldamento è il seguente:




Il calore viene reso disponibile dalla centrale di produzione, attraverso la combustione di uno o più vettori energetici (gas metano, gasolio, biomasse legnose, ecc.). Tale calore viene "trasportato" alle utenze mediante un opportuno fluido termovettore (solitamente acqua calda glicolata, acqua surriscaldata, vapore o olio diatermico), che circola in tubazioni di mandata e di ritorno installate sottoterra e debitamente messe in pressione.

Lo scambio di calore fra le utenze e le tubazioni centralizzate avviene grazie a degli opportuni scambiatori di calore, collocati assieme ad alcuni dispositivi ausiliari in appositi locali all’interno degli edifici serviti, che prendono il nome di "sottostazioni di scambio".

Il calore così acquisito viene poi utilizzato per riscaldare gli edifici degli utenti e/o per la produzione di acqua calda sanitaria. Una volta avvenuta la cessione di calore alle utenze, il fluido termovettore raggiunge una temperatura inferiore a quella di mandata e viene reimmesso nel circuito centralizzato dove, tramite la tubazione di ritorno, è pronto per essere nuovamente riscaldato all’interno della centrale di produzione.

Come esempio di impianto di teleriscaldamento riportiamo alcune fotografie del sistema installato presso il Comune di Cucciago (CO). La realizzazione di questo impianto è stata decisa dall’amministrazione comunale all’interno delle azioni previste dal PAES del Comune, redatto nel 2014 a seguito dell’adesione del Comune, nel 2013, al Patto dei Sindaci.

Si tratta di un ottimo esempio, in quanto dimostra che, se ben progettato, eseguito e gestito, un impianto di teleriscaldamento può portare benefici economici significativi anche in un piccolo contesto territoriale. L’impianto serve al momento 8 edifici comunali, attraverso un sistema di tubazioni interrate. La centrale di produzione, che i cucciaghesi chiamano affettuosamente "la stufona", è costituita da un generatore termico a biomassa legnosa (cippato), il quale viene approvvigionata nelle immediate vicinanze, in modo da ridurre il più possibile l’impatto ambientale anche di tale operazione. Nella seguente fotografia sono individuabili le posizioni della centrale di produzione, delle utenze comunali servite e delle tubazioni installate:




Ecco invece alcune immagini scattate all’interno della centrale di produzione:




Riportiamo infine un paio di istantanee "catturate" durante l’inaugurazione ufficiale dell’impianto di teleriscaldamento, avvenuta l’11 ottobre 2014. In questa occasione tutta la popolazione del Comune è stata invitata a presenziare ed è stato possibile entrare all’interno della centrale di produzione per poter "toccare con mano" il nuovo impianto:





Grazie agli ottimi risultati tecnici ed economici conseguiti a seguito dell’utilizzo dell’impianto, l’amministrazione comunale ha deciso di estendere ulteriormente la rete di teleriscaldamento, rendendo disponibile l’allacciamento anche alle abitazioni private. Allo stato attuale non è ancora stata realizzata alcuna nuova connessione, ma si prevede che nei prossimi anni almeno 35 edifici verranno allacciati alla rete esistente.

Valori di riferimento per i rendimenti di distribuzione
Il calcolo analitico del rendimento dei sistemi di distribuzione è molto complesso ed in Letteratura si trovano svariati testi che propongono metodi che, spesso, risultano anche molto differenti fra di loro. Ciò è dovuto sia, come abbiamo visto in precedenza, alla grande varietà di tipologie per questi sottosistemi, sia al fatto che, molte volte, il tipo di isolamento e/o di posa delle tubazioni non è conosciuto esattamente.

È comunque interessante fornire un metodo approssimato di calcolo, basato sulla Norma UNI-TS 11300-2:2014 ("Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 2: determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale, per la produzione di acqua calda sanitaria, per la ventilazione e per l’illuminazione in edifici non residenziali").
Tale Norma fornisce innanzitutto una classificazione delle tipologie di isolamento, che riportiamo nella seguente tabella:




Già da questa classificazione è chiaro come il calcolo del rendimento di distribuzione ηD risulti approssimato in quanto la valutazione del tipo di isolamento è, in ogni caso, di tipo qualitativo. La Norma fornisce inoltre alcuni prospetti (21, 22 e 23), nei quali è possibile individuare dei valori di base del rendimento di distribuzione, una volta individuato il tipo di isolamento e la tipologia del sottosistema di distribuzione. La seguente tabella sintetizza i citati prospetti della Norma:




I valori riportati in tale tabella si riferiscono a sottosistemi di distribuzione con  temperature di mandata e di ritorno progettualmente fissate, rispettivamente, ad 80 °C e 60 °C. Per temperature di progetto differenti è necessario utilizzare la seguente formula di calcolo:




nella quale ηD,tabella è il valore ricavabile dalla tabella sopra esposta e C è un fattore di correzione ricavabile dal seguente schema, che sintetizza il prospetto 24 fornito dalla Norma:



Sistemi di emissione - Parte 1

Compito dei sottosistemi di emissione è quello di trasferire il calore dal fluido termovettore (che, a sua volta, l’ha ricevuto dal generatore) agli ambienti interni, in modo da garantire il set-point prescelto di temperatura dell’aria.

Come chiariamo nelle pagine dedicate all’argomento, in generale questo non garantisce quasi mai il corretto comfort termoigrometrico, essendo esso dipendente non soltanto dalla temperatura dell’aria, ma anche dai corretti valori di umidità della stessa. Inoltre anche le temperature superficiali delle componenti edili (e degli oggetti, ecc.), il numero orario di ricambi d’aria e la presenza delle persone e di dispositivi che emanano calore (elettrodomestici, macchinari industriali, ecc.) all’interno degli ambienti concorrono alla definizione del livello di comfort.

Ciononostante, il fattore principale che stabilisce tale livello è senz’altro il tipo di emettitore termico utilizzato ed il suo grado di efficienza, ossia, in ultima analisi, il suo rendimento energetico
ηE.

Esistono differenti tipi di emettitori; alcuni si sono molto evoluti negli ultimi anni, altri hanno sostanzialmente mantenuto la loro forma originale ed i materiali impiegati fin dall’inizio. Inoltre, a seconda del contesto, può essere più opportuno l’impiego di un particolare tipo di emettitore piuttosto che un altro oppure, in determinati casi, risulta maggiormente conveniente la combinazione di due o più tipologie differenti di emettitori.

È opportuno fornire uno schema di classificazione degli emettitori, che riportiamo qui sotto. Nel seguito analizzeremo per sommi capi la maggior parte di tali tipologie, riferendoci non solo ai contesti residenziali, ma anche a quelli del terziario ed industriale.




Radiatori
Sono i sistemi di emissione termica "storici", nel senso che sono presenti sul mercato da molto più tempo rispetto agli altri sistemi (eccezion fatta, se vogliamo essere proprio precisi, per i sistemi a pavimento radiante, già utilizzati in forma rudimentale all’epoca dei Romani).

I radiatori – chiamati spesso, impropriamente, "caloriferi" o "termosifoni" – trasmettono il calore dal fluido termovettore che circola al loro interno all’aria dell’ambiente riscaldato per convezione, ossia attraverso il processo naturale di movimento di tale aria causato dalle differenti temperature presenti nelle diverse zone del radiatore. Il fenomeno fisico in sé non è immediato da illustrare né da comprendere, però possiamo molto semplificarlo facendo riferimento al seguente schema:




Il fluido termovettore giunge al radiatore nella parte alta, attraverso la tubazione di mandata del circuito di distribuzione, ad una certa temperatura, diciamo Tm (ad esempio, 80 °C), ed entra nel radiatore passando da una "valvola". Attraverso la superficie metallica del radiatore avviene lo scambio termico con l’aria dell’ambiente, che è più fredda rispetto a Tm (ricordiamo che il calore passa naturalmente da un corpo più caldo ad uno più freddo). Cedendo questo calore, il fluido inizia a raffreddarsi e, sia per moto naturale sia perché sul circuito di distribuzione agisce un opportuno circolatore, si sposta verso la parte bassa del radiatore, arrivando fino al raccordo con il terminale di ritorno del circuito di distribuzione (detto "detentore"), dove raggiunge una temperatura inferiore a quella di mandata, diciamo Tr (ad esempio, 70 °C). A questo punto, il fluido termovettore viene riportato al generatore (dove verrà nuovamente scaldato) ed il tutto continua a ripetersi ciclicamente, fintantoché la temperatura dei locali riscaldati non ha raggiunto il valore desiderato.

Per quanto riguarda la temperatura dell’aria degli ambienti riscaldati, anche in questo caso possiamo riferirci alla figura precedente, dove abbiamo indicato molto schematicamente anche la distribuzione spaziale di tale parametro, riferendoci ad un singolo ambiente riscaldato con un solo radiatore. Notiamo che le temperature sono più calde nella parte alta del locale e più fredde in quella bassa: ciò è dovuto al fenomeno che abbiamo sopra descritto ed ai differenti livelli di temperatura del fluido termovettore all’interno del radiatore. È chiaro che una simile distribuzione delle temperature nel locale è una potenziale causa di dis-comfort termoigrometrico: una persona all’interno del locale percepisce delle temperature differenti sul proprio corpo, in particolare più elevate in corrispondenza della testa e più basse in corrispondenza dei piedi.

Come si nota dalla figura precedente, oltre alla valvola ed al detentore è anche presente una "valvola di sfiato", posta sul lato alto del radiatore, attraverso la quale è possibile eliminare eventuali bolle d’aria presenti all’interno del radiatore. È raccomandato eseguire tale operazione ad ogni inizio della stagione termica, prima di avviare l’impianto di riscaldamento.

Come già accennato, esistono altre tipologie di radiatori, alcune delle quali non rientrano nello schema che abbiamo esemplificato (anche se il principio di funzionamento rimane sempre lo stesso). Un esempio di queste è senz’altro quello dei radiatori installati su sistemi di distribuzione monotubo, di cui riportiamo una rappresentazione schematica:




In questo caso è presente un’unica valvola a tre vie, alla quale vengono collegate le tubazioni di mandata e di ritorno. La distribuzione della temperatura è in senso verticale (anziché orizzontale, come invece accade per gli impianti tradizionali) e questo, di fatto, peggiora notevolmente la distribuzione delle temperature nei locali e, di conseguenza, il comfort termoigrometrico. Inoltre, purtroppo, accade molto spesso che impianti di questo tipo siano stati installati in modo non corretto; ecco, ad esempio, un radiatore monotubo in alluminio dove è evidente come la distribuzione delle temperature interne sia inadeguata:




In questo particolare caso, il problema era dovuto al fatto che l’installatore avesse scambiato inavvertitamente i collegamenti delle tubazioni di mandata e di ritorno ed alla presenza di molto calcare all’interno del terminale. Di fatto, problemi come questo non sono infrequenti su impianti di tale tipo, che, di fatto, sono sempre più rari (si rilegga, al proposito, quanto osservato nella sezione riguardante i sistemi di distribuzione).

Al di là di particolari forme costruttive e/o di scelte del materiale, in commercio esistono sostanzialmente tre tipologie di radiatori: in ghisa, in acciaio ed in alluminio. Nella seguente figura ne riportiamo tre esempi, mentre nella figura successiva riportiamo altrettanti esempi di immagini termografiche:






Come già accennato, i radiatori che hanno fatto la loro prima comparsa sul mercato sono quelli in ghisa. Spesso, presso le vecchie abitazioni, si trovano installate varianti più o meno "fantasiose", allora pensate per sfruttare il radiatore non soltanto per riscaldare gli ambienti ma anche per altri scopi. Nella fotografia seguente mostriamo, ad esempio, un radiatore in ghisa installato presso un’abitazione degli anni ’40 situata in centro storico a Como; all’interno del radiatore è stata predisposta una nicchia il cui scopo è quello di mantenere al caldo le vivande:




Ciò che differenzia dal punto di vista energetico le tre tipologie di radiatori è la cosiddetta "inerzia termica", ossia la capacità o meno di accumulare (o disperdere) rapidamente il calore. I radiatori in ghisa hanno un’elevata inerzia termica, quindi impiegano molto tempo a scaldarsi ma, di contro, impiegano anche molto tempo a raffreddarsi: questo significa che, avviando l’impianto da freddo, con radiatori di questo tipo ci vorrà molto tempo affinché l’aria degli ambienti riscaldati raggiunga la temperatura desiderata; ma significa anche che i radiatori continueranno a riscaldare tali ambienti anche per un certo tempo dopo l’istante di spegnimento dell’impianto. I radiatori in alluminio funzionano esattamente al contrario, essendo quelli con la minore inerzia termica: impiegano poco tempo a scaldarsi, ma anche a raffreddarsi una volta spento l’impianto. I radiatori in acciaio presentano invece un’inerzia termica "media" e sarebbero dunque i più adatti anche se, in genere, risultano essere i più costosi.

Altro aspetto che differenzia le tre tipologie è la temperatura di mandata del fluido termovettore; si va dai 55-80 °C per i radiatori in ghisa, ai 45-65 °C per quelli in acciaio, ai 35-45 °C per quelli in alluminio; la scelta delle temperature di mandata è un parametro progettuale fondamentale e dipende da molti fattori, i più importanti dei quali sono il set-point di temperatura ambiente desiderata, le caratteristiche dell’edificio ed il sistema di regolazione installato. Le differenze citate sono molto importanti in relazione alla scelta del tipo di generatore di calore: ad esempio, senza ulteriori dispositivi installati (ad esempio, le valvole di regolazione), l’utilizzo di radiatori in ghisa accoppiati ad una caldaia a condensazione è fortemente sconsigliato in quanto la necessità di temperature di mandata elevate (e delle conseguenti elevate temperature di ritorno) non consentirebbe la corretta condensazione. Molto consigliati sarebbero invece, sempre in questo caso, i radiatori in alluminio.

Le tre tipologie di radiatori si differenziano inoltre per le potenze termiche specifiche, intese come quantità di potenza termica erogabile per unità di superficie. I produttori forniscono delle tabelle che consentono il calcolo di tale potenza (e quindi anche di quella complessiva relativa ad un intero radiatore); per contro, gli installatori termotecnici con una certa esperienza sono in grado di valutare la potenza termica con metodi "pratici" (ma sempre incredibilmente efficaci e corretti!).

Volendo eseguire un calcolo di massima della potenza termica specifica, è possibile procedere secondo quanto riportato nella Norma UNI 10200:2013. Tale procedura sarebbe utilizzabile soltanto per radiatori prodotti e commercializzati prima del 1995; per quelli prodotti in anni successivi varrebbe invece il metodo previsto dalla Norma UNI EN 442-2, la quale richiede però la conoscenza della potenza emessa da un singolo elemento scaldante con una differenza di temperatura fra la temperatura media del fluido termovettore e la temperatura ambien
te pari a ΔT = 50 °C. Ciononostante, la procedura fornisce risultati corretti (ma "informali", si intende) anche per radiatori commercializzati ed installati dopo il 1995, quindi ci riferiamo ad essa.

Indicando con L, H e P, espresse in centimetri, rispettivamente la larghezza, l’altezza e la profondità del radiatore, la Norma fornisce la seguente formula per il calcolo della potenza termica Pradiat totale erogata dal radiatore stesso, espressa in kW:




Il coefficiente C, espresso in [W/mc], è di tipo sperimentale ed è indicato nel prospetto A.1 della Norma, che qui riportiamo opportunamente rielaborato per migliorarne la semplicità di lettura:




Infine, un ulteriore aspetto che differenzia le tre tipologie di radiatori è il peso specifico: la ghisa è più pesante dell’acciaio, il quale a sua volta è più pesante dell’alluminio. Tale parametro influenza il costo delle opere di installazione, specialmente quando queste vengono effettuate ai piani alti di un edificio.

Spesso, sia per impianti installati da tempo che per impianti di nuova installazione, si rende necessario eseguire un monitoraggio delle temperature di funzionamento, mediante apposite apparecchiature professionali. Tale esigenza può nascere dalla necessità di avere una conferma "sul campo" dei calcoli progettuali, oppure dal desiderio dell’utente di analizzare il comfort termoigrometrico della propria abitazione oppure, ancora, dal bisogno di ottenere dati reali di funzionamento per procedere con una vera e propria perizia energetica.

In tutti i questi casi, a seconda della complessità dell’impianto (ma anche dei risultati che si intendono ottenere), si rileva un certo numero di dati termici per un periodo più o meno lungo di tempo. Uno dei tipici diagrammi che si costruiscono una volta esaurita la campagna di monitoraggio è quello che mostra l’andamento del salto termico dei radiatori (differenza di temperatura fra mandata e ritorno) assieme a quello del salto termico ambientale (differenza di temperatura fra l’ambiente esterno e quello interno). Tale diagramma, da solo, non è esaustivo, ma è forse il più importante fra tutti quelli che si possono tracciare, in quanto consente una prima valutazione del corretto comportamento termico non solo dell’impianto di riscaldamento, ma anche dell’edificio.

Riportiamo, a titolo di esempio, un diagramma di questo tipo, riferito ad un impianto centralizzato di riscaldamento con radiatori in ghisa, installato presso un edificio collocato a Milano (zona dei navigli) e certificato in classe G secondo la Normativa nazionale. Notiamo innanzitutto l’inerzia termica del radiatore: anche se, a causa della scala adottata per il diagramma, la cosa non balza subito all’occhio, una volta che alle ore 20.00 l’impianto centralizzato viene spento, il salto termico dei radiatori impiega un po’ di tempo (circa tre ore) per ridursi a pochi °C ed il contrario accade la mattina, allorquando, alle 6.00, l’impianto viene riacceso. Notiamo inoltre che il salto termico del radiatore è correlato a quello ambiente: con più risulta elevato il secondo, con più è alto il primo (e viceversa). Notiamo, infine, le diverse dinamiche dei due salti termici: quello ambiente presenta variazioni più "rapide", mentre quello del radiatore mostra delle variazioni più "lente"; ciò significa che, pur essendo l’edificio in classe energetica G, tutto sommato l’inerzia termica del radiatore e dell’edifico stesso concorrono affinché non venga esageratamente variata la quantità di calore inviata al radiatore nonostante le continue variazioni del salto termico ambientale, con un certo risparmio energetico. Naturalmente, se l’edificio fosse stato costruito con una classe energetica più elevata avremmo potuto notare una situazione ancora migliore, con risparmi energetici assai più significativi.




Da notare, fra l’altro, che i sistemi di regolazione installati per questo impianto non funzionano sempre correttamente: di fatto, con riferimento al periodo 8-11 febbraio, il salto termico ambientale ha presentato variazioni notevoli, mentre, durante i periodi di accensione dell’impianto di riscaldamento, il salto termico del radiatore è rimasto quasi costante. Ciò significa che il calore apportato ai locali non sempre è risultato sufficientemente adeguato alle variazioni termiche ambientali e questo ha causato problemi di dis-comfort agli abitanti dell’edificio.


Sistemi radianti

Un sistema radiante è costituito da un insieme di emettitori che, come indica il nome stesso, trasferiscono calore dal fluido termovettore agli ambienti sfruttando il fenomeno dell’irraggiamento termico. Si tratta di una trasmissione che avviene senza contatto diretto e senza movimentazione dell’aria interna degli ambienti (a differenza di quanto accade con i radiatori), quindi, potenzialmente, i sistemi radianti presentano il vantaggio di non movimentare pulviscolo e sostanze inquinanti, a vantaggio del comfort abitativo e della salubrità degli ambienti riscaldati e delle persone. "Potenzialmente" perché, in realtà, una minima parte di trasmissione del calore avviene anche per convezione (e quindi, in effetti, una certa quantità d’aria viene mossa) ed un’altra minima parte avviene pure per conduzione diretta con il corpo umano.

Gli emettitori di questo tipo possono essere a pavimento, a soffitto oppure a parete; in questa categoria rientrerebbero anche le termostrisce radianti, le quali lavorano però in modo non poco differente e quindi le tratteremo nel seguito, in un’apposta sezione. Riportiamo nella seguente figura alcuni esempi di queste tipologie e, più sotto, riportiamo anche alcune immagini termografiche relative ai sistemi emettitori radianti:






Spesso, soprattutto nelle abitazioni, in presenza di sistemi emettitori radianti si rende necessaria l’installazione di termoarredi (anche comunemente noti come "scaldasalviette", pur non essendo questo il corretto nome tecnico). La loro funzione è quella di integrare la superficie non occupabile da un pavimento o da una parete radiante nei locali igienici perché già occupata dalle sagome di docce e vasche da bagno. Di fatto, un termoarredo è un radiatore a tutti gli effetti, ma abbiamo preferito trattarne qui in quanto non viene mai utilizzato senza l’accoppiamento ad un sistema emettitore radiante.

Fino a pochi anni fa esistevano in commercio soltanto die modelli classici; oggigiorno sono invece disponibili moltissimi tipi di termoarredo, alcuni dei quali diventano dei veri e propri complementi di arredamento. Inoltre, sempre più spesso viene anche prevista un’alimentazione supplementare ad energia elettrica, in modo che il termoarredo possa essere utilizzato, durante i mesi di spegnimento dell’impianto termico, per riscaldare le stanze da bagno in caso di necessità. Nelle fotografie seguenti riportiamo alcuni esempi di termoarredo attualmente in commercio:




I sistemi radianti, a differenza degli altri tipi di emettitori, diventano parte integrante della struttura dell’edificio in quanto sono formati con tubazioni che, ad eccezione delle termostrisce (le quali sono utilizzate principalmente in ambito industriale), vengono annegate all’interno delle componenti edili, ossia dei pavimenti, delle pareti o dei soffitti. Un emettitore di questo tipo deve quindi essere attentamente progettato in quanto la presenza dell’intonaco, del materiale di sottofondo, di laterizi, ecc. è purtroppo in antitesi con la sua efficienza energetica: ad esempio, per avere un edificio correttamente coibentato potrebbe risultare necessario avere un certo spessore del pavimento, al crescere del quale, di contro, diminuisce l’efficienza di trasmissione del calore da parte del pavimento radiante.

Oggigiorno esistono però soluzioni tecnologiche eccellenti e metodi di progetto e realizzazione con i quali si è perfettamente in grado di trovare il "giusto compromesso" fra queste due esigenze, al punto che, ormai, le soluzioni con emettitori a sistema radiante sono in assoluto considerate le più efficienti.

Per quanto riguarda la potenza termica emessa, il calcolo "manuale" non è praticamente mai possibile ed occorre quindi ricorrere a specifici software, alle volte messi a disposizione dalle case produttrici. Per farsi un’idea della potenza termica necessaria è però possibile, escludendo il caso delle termostrisce, ricorrere ad una regola empirica messa a punto dagli installatori, in base alla quale occorrono mediamente 60-80 W per metro quadrato di superficie utile riscaldata, ai quali occorre aggiungere (sempre mediamente) 350-400 W per ogni termoarredo. È chiaro che si tratta di una regola molto approssimata, sia perché la potenza dei termoarredi dipende non solo dalle loro dimensioni ma anche dalla loro forma, sia perché la resa termica di un pavimento, una parete ed un soffitto radianti sono differenti fra di loro.

A tal proposito, è molto diffusa l’erronea convinzione che è meglio sempre installare un pavimento radiante ed evitare quindi, per quanto possibile, sia le pareti sia i soffitti radianti; il ragionamento fatto è «Il calore va naturalmente verso l’alto, quindi l’emettitore in basso rende più di quelli verticali o, addirittura, sul soffitto». È innegabile che la miglior resa termica è presentata, a parità di tutte le condizioni (quindi ragioniamo anche a parità di superfici), da un pavimento radiante, però non bisogna scordarsi che il ragionamento citato vale per la trasmissione di calore per convezione, che abbiamo già chiarito essere una minima parte del fenomeno trasmissivo totale. La maggior parte è rappresentata dall’irradiazione di potenza termica, che avviene esattamente con lo stesso meccanismo in tutti e tre i casi. Ciò che li differenzia, semmai, è la distribuzione delle temperature all’interno dei locali, la quale risulta molto omogenea nei casi di pavimento radiante, mediamente omogenea con i soffitti e poco omogenea con le pareti. E, naturalmente, essendo questa legata al comfort termoigrometrico, è naturale che, da questo punto di vista (e soltanto da questo), un pavimento radiante risulti preferibile, ma, all’occorrenza, dal punto di vista energetico non si peggiora di molto la situazione impiegando invece una parete o un soffitto radianti.

Per quanto riguarda la citata distribuzione delle temperature, possiamo illustrare uno schema molto esemplificativo, che riportiamo nella figura seguente, da confrontare con quello che abbiamo illustrato per i radiatori. Si nota subito una distribuzione molto più omogenea all’interno del volume del locale ed attorno al corpo degli occupanti, il che garantisce senz’altro un maggior comfort termoigrometrico rispetto al caso dei radiatori.



È interessante fornire qualche dettaglio, seppur non approfondito, riguardante la costituzione dei sistemi emettitori radianti. Ci concentreremo sui pavimenti radianti (data la loro ampia diffusione).

Come accennato in precedenza, il pavimento radiante è costituito da un certo numero di tubazioni, che vengono annegate nei materiali che costituiscono precisi strati della pavimentazione. È evidente innanzitutto che ciò crea la necessità di una maggior attenzione durante le fasi di posa ed anche un maggior tempo necessario per la stessa: ad esempio, i muratori devono prestare particolare cura alla formazione ed alla stesura del sottofondo (che viene realizzato in genere mediante materiale cementizio alleggerito con granuli di isolante), il piastrellista deve posare i propri materiali (piastrelle, parquet, ecc.) creando degli opportuni tagli termici in modo da consentire la dilatazione degli stessi, l’elettricista deve posare le proprie tubazioni evitando il più possibile il pavimento (ed utilizzando preferibilmente le pareti e, laddove occorre, i soffitti), ecc.

Contrariamente a ciò che avveniva in passato, oggigiorno le tubazioni vengono realizzate praticamente soltanto in materiale plastico, in quanto, a differenza di quelli metallici, esse sono più semplici da posare, non si corrodono e non si incrostano. Solitamente si utilizzano tubazioni in PEX (polietilene reticolato), oppure in PB (polibutene) oppure, ancora in PP (polipropilene). In ogni caso, le tubazioni in materiale plastico devono essere protette contro la diffusione di ossigeno in quanto esso può causare la corrosione sia di alcune parti metalliche dell’impianto di distribuzione, sia del generatore di calore.

Le tubazioni devono essere posate seguendo scrupolosamente il progetto del termotecnico e possono essere disposte a spirale o a serpentine, con interasse costante oppure variabile. In generale, i due sistemi offrono potenzialmente la stessa resa energetica; tuttavia, il sistema a spirale è da preferire in quanto offre una distribuzione più omogenea delle temperature (le mandate ed i ritorni di ciascuna spirale risultano infatti posati in modo alterno) ed una maggior facilità di posa. Il sistema a serpentine viene principalmente utilizzato nel caso di locali con forme irregolari o per applicazioni particolari (rampe antighiaccio, ecc.). In entrambi i casi, la posa con passo variabile viene riservata a quelle situazioni in cui si necessita di incrementare la potenza termica irradiata in aree particolari, come ad esempio in corrispondenza di pareti molto disperdenti, finestrature molto ampie, ecc. Nella figura seguente illustriamo i due sistemi nelle due varianti (passo costante e passo variabile):



Per quanto riguarda il fissaggio delle tubazioni, i produttori propongono numerosi sistemi, spesso anche molto differenti fra di loro. Alcuni, molto diffusi in passato, oggigiorno sono raramente utilizzati, come ad esempio l’utilizzo di reti elettrosaldate con fermagli per il fissaggio oppure di profilati metallici con clip per la giunzione ed il fissaggio. Altri sistemi, invece, erano già utilizzati 20-25 anni fa e lo sono tutt’ora, magari con forme e tecnologie migliorate; è il caso, ad esempio, dei pannelli in isolante preformati, che presentano apposite scanalature o profili per il fissaggio delle tubazioni e non necessitano dunque di fermagli né di clip; oppure dei pannelli in isolante a cui viene sovrapposto un materiale termoriflettente, i quali necessitano di clip per il fissaggio delle tubazioni ma, di contro, garantiscono un’efficienza termica maggiore rispetto alla versione bugnata. Rappresentiamo nella figura seguente alcune tecnologie fra quelle citate:



Per quanto riguarda i collegamenti dei circuiti (spire o serpentine) all’impianto termico, sostanzialmente si utilizza un’unica soluzione, che è quella di realizzare una distribuzione interna (alle singole unità abitative, alle singole aree industriali, ecc.) secondo uno schema orizzontale con collettori. Anzi, è opportuno precisare che con emettitori radianti il collettore è praticamente obbligatorio in quanto alcune sue componenti fungono anche da regolatori di portata. Tale operazione è sempre necessaria, dopo il primo avvio dell’impianto, in quanto le portate dei singoli circuiti vanno regolate secondo quanto previsto dal progettista termotecnico, che le stabilisce tenendo conto delle differenti lunghezze dei circuiti stessi e di eventuali altri fattori (ad esempio, se è presente o meno un passo variabile, ecc.). Inoltre questa regolazione deve anche essere fatta in modo da garantire il corretto comfort termoigrometrico: ad esempio, è d'uso comune regolare le portate in modo che le stanze da letto risultino un po’ meno calde rispetto alle cucine ed ai soggiorni, che le stanze da bagno risultino i locali più caldi, ecc. Occorre anche specificare che è bene verificare tali regolazioni periodicamente (l’ideale sarebbe che lo facesse il tecnico incaricato della manutenzione ordinaria dell’impianto). Riportiamo nell’immagine seguente un esempio di collettore per pavimenti radianti:




Come ultima cosa specifichiamo che, contrariamente agli impianti termici che utilizzano i radiatori, nel caso di emettitori radianti non occorre "sfogare l’aria" dall’impianto prima di riavviarlo per la stagione invernale in quanto, per definizione, si tratta di circuiti chiusi e quindi, salvo casi eccezionali, all’interno delle tubazioni non può formarsi alcuna bolla d’aria. Questa operazione è comunque fondamentale allorquando viene eseguito il primo riempimento dei circuiti e la primissima accensione.

Tutte le considerazioni che abbiamo esposto valgono naturalmente sia per impianti dedicati a singole unità immobiliari, sia per impianti di tipo centralizzato.

Sistemi di emissione - Parte 2


Piastre radianti

Come dice il nome stesso, si tratta di emettitori che trasmettono calore all’ambiente da riscaldare sfruttando principalmente il meccanismo dell’irraggiamento. Riducendo al minimo il fenomeno della trasmissione per convezione, si ottengono i medesimi vantaggi che abbiamo già discusso per quanto riguarda i pavimenti, i soffitti e le pareti radianti: poiché viene messa in moto pochissima aria nell’ambiente interno, anche la movimentazione di inquinanti e pulviscolo è ridotta al minimo.

Inoltre è da tener presente che il riscaldamento per irraggiamento fornito da una piastra aumenta notevolmente il  confort termoigrometrico in quanto, sostanzialmente, più che l’aria interna vengono riscaldati direttamente gli oggetti, le pareti, il soffitto e, naturalmente, le persone all’interno dei locali stessi.

Di contro, spesso i prodotti in commercio presentano efficienze energetiche più basse (a volte anche di molto) rispetto a tutti gli altri tipi di emettitore disponibili. Inoltre l’alimentazione è quasi sempre ad energia elettrica, il che costituisce uno svantaggio non indifferente in quei paesi che, come l’Italia, presentano tariffe dell’energia elettrica non certo contenute. Il problema può essere mitigato sfruttando un impianto ad energia rinnovabile per l’autoproduzione di energia elettrica ( impianto fotovoltaico,  impianto eolico, ecc.), ma, in questi casi, i benefici sono tutti da valutare, naturalmente assieme ai costi da sostenere per l’acquisto e, successivamente, per la gestione e manutenzione degli impianti.

La gamma dei prodotti di questo tipo presenti in commercio è molto ampia e, negli ultimi anni, il mercato si sta sempre più evolvendo ed espandendo, proponendo prodotti anche di design. Fanno parte di questa categoria anche i riscaldatori ad infrarosso ed i "funghi", entrambi utilizzati tipicamente per dare alle persone una sensazione "di caldo" anche se essi si trovano in luoghi esterni (ad esempio, seduti ai tavolini fuori da un bar). Raro, ma comunque possibile, è l’utilizzo anche in ambienti interni. Nella figura seguente proponiamo alcuni esempi di piastre radianti attualmente in commercio.




Termostrisce
Sono sistemi di emissione normalmente utilizzati in contesti industriali o del terziario o, comunque, nel caso di riscaldamento di ambienti caratterizzati da un volume ampio.

Si tratta di dispositivi che trasmettono calore all’ambiente sia per convezione naturale che per irraggiamento e sono costituiti da griglie di tubazioni nelle quali circola il fluido termovettore e sulle quali vengono fissate delle piastre metalliche. Tali piastre sono sormontate da un opportuno coibente, in modo da limitare la dissipazione di calore verso l’alto, poiché questi emettitori vengono sempre installati a soffitto.

Si tratta di sistemi modulari, la cui potenza termica è legata alla lunghezza ed alla tipologia di piastra installata, nonché alla temperatura del fluido termovettore. Cliccare qui per scaricare un file nel quale indichiamo le potenze termiche tipiche delle termostrisce.

Normalmente esse sono considerate in alternativa all’installazione di aerotermi; rispetto a questi presentano infatti i seguenti vantaggi:

  • I moti convettivi risultano più contenuti (si tratta di un vantaggio in quanto ciò assicura una minor movimentazione dell’aria all’interno di ambienti tipicamente "inquinati" dai processi industriali)

  • Funzionamento senza alcuna alimentazione elettrica in quanto non montano ventilatori: questo è un vantaggio sia per il minor consumo energetico, sia per un’eventuale installazione in luoghi particolari (atmosfere infiammabili e/o esplosive, ecc.)

  • I costi di gestione risultano più contenuti (almeno del 15-20%) grazie alla miglior efficienza energetica, dovuta, fra l’altro, ad una migliore stratificazione dell’aria


Di contro, sempre rispetto gli aerotermi, le termostrisce presentano alcuni svantaggi:

  • I costi di installazione delle termostrisce risultano più elevati

  • Possono presentarsi difficoltà di installazione, principalmente dovuti alle caratteristiche architettoniche dell’edificio


Riportiamo nella figura seguente alcuni esempi di applicazione delle termostrisce:



Tubi alettati
L’impiego principale di questo tipo di emettitori è quello industriale o, al limite, terziario ed in presenza di grandi spazi (centri commerciali, ecc.). Esiste in commercio qualche soluzione dedicata al residenziale, ma si tratta di applicazioni molto inusuali.

Un tubo alettato (che, in effetti, può anche essere non alettato) è un emettitore che scambia calore con l’ambiente sfruttando principalmente il fenomeno della convezione e, in minima parte, quello dell’irraggiamento. Si tratti di veri e propri tubi, all’interno di cui scorre un opportuno fluido termovettore, attorno ai quali vengono montate delle alette che servono per migliorare lo scambio termico.

Le alette sono in lamiera e possono svilupparsi a spirale lungo il tubo oppure ortogonalmente ad esso. I tubi vengono generalmente assemblati in gruppi, che possono essere in serie (gruppo detto "a serpentina") oppure in parallelo (in questo caso si parla di "batteria"). Nella figura seguente esemplifichiamo quanto descritto. Più sotto riportiamo alcuni esempi commerciali:






Termoconvettori
Si tratta di terminali di emissione che trasmettono calore agli ambienti riscaldati sfruttando principalmente il fenomeno della convezione. Sono composti da una batteria alettata che permette lo scambio di calore fra il fluido termovettore e l’aria ed un dispositivo di "tiraggio" naturale, che permette cioè i moti convettivi dell’aria senza utilizzare alcuna ventola aggiuntiva: questo fenomeno è tecnicamente detto "effetto camino".

Si tratta di emettitori statici come i radiatori, ma rispetto a questi i termoconvettori offrono alcuni vantaggi, fra i quali citiamo i più importanti:

  • A parità di potenza termica e di altre condizioni termotecniche, essi risultano meno costosi ed anche più leggeri

  • Presentano un’inerzia termica inferiore ai radiatori in ghisa e paragonabile a quella dei radiatori in alluminio o acciaio

  • In molti casi, vengono preferiti ai radiatori in quanto si adattano meglio a determinate caratteristiche architettoniche dell’edificio


È però opportuno elencare anche i principali svantaggi, che sono:

  • Non sono né modulari né componibili (quindi sono esclusi ampliamenti o riduzioni future)

  • Risultano difficili da pulire, quindi non conviene utilizzarli in locali molto polverosi o dove si necessita di avere sempre elevati standard igienici (ad esempio, in un ospedale… anche se in passato, spesso, i termoconvettori sono stati installati proprio in strutture di questo tipo)

  • Non consentono di sfruttare alcun tipo di regolazione climatica perché la loro resa termica varia molto in un intervallo di temperature del fluido termovettore all’incirca compreso fra 45°C e 50°C


I termoconvettori possono essere di diverso tipo: ad alette semplici, a canali alettati, a mobiletto, a battiscopa. Per le prime due categorie è anche possibile l’installazione sotto pavimento, a patto di adottare alcuni accorgimenti che i progettisti termotecnici ben conoscono. Inoltre non bisogna dimenticare che appartengono a questa categoria anche i termoconvettori che non sono alimentati mediante un fluido termovettore, ma funzionano in modo "isolato" da qualsiasi impianto termico e vengono alimentati, tipicamente, a gas naturale oppure ad energia elettrica.

Non è scopo di queste pagine addentrarsi nel dettaglio in queste soluzioni e descrivere pregi e differenze di ciascuna di esse; ci limitiamo invece, nelle immagini seguenti, a fornire alcuni esempi di termoconvettori:






Aerotermi
Questo tipo di emettitore può essenzialmente essere considerato un’evoluzione migliorativa dei termoconvettori. La struttura è simile a quella di questi ultimi, ma gli aerotermi montano a bordo una ventola e quindi la trasmissione di calore fra lo scambiatore in cui circola il fluido termovettore e l’ambiente avviene per convezione forzata (e non naturale, come invece avviene per i termoconvettori). Questo fa in modo che l’efficacia di tale scambio sia maggiore, ma di contro richiede dell’energia elettrica aggiuntiva, necessaria per alimentare il sistema di ventilazione. Nella figura seguente riportiamo alcuni esempi di aerotermi:




In base alla direzione dei flussi d’aria, gli aerotermi vengono detti "a proiezione orizzontale" (o anche "a parete") ed "a proiezione verticale" (detti anche "pensili"). I primi si utilizzano per il riscaldamento di locali non molto alti, i secondi per locali alti fino a 20-25 metri. Nel primo caso la regolazione dei flussi d’aria avviene per mezzo di alette mobili, che possono essere orizzontali o verticali. Nel secondo caso esistono invece più soluzioni applicative, alcune delle quali sono indicate nella seguente figura:




Anche in questo caso non è detto che il terminale di emissione faccia parte di un impianto termico completo: vi sono molte situazioni in cui, per necessità, si utilizzano aerotermi "isolati", in cui il calore viene direttamente prodotto alimentando il dispositivo ad energia elettrica o con gas naturale; riportiamo di seguito un esempio di aerotermo isolato alimentato a gas naturale (da notare la presenza dell’alimentazione elettrica per il sistema di regolazione e per la ventola):




Ventilconvettori
Si tratta, essenzialmente, di aerotermi destinati non solo a fungere da terminali di emissione per gli impianti di riscaldamento, ma anche per quelli di raffrescamento e/o condizionamento. Anche in questo caso la differenza con i termoconvettori risiede di fatto nella presenza di una ventola che impone la trasmissione di calore per convezione forzata (dall’emettitore all’ambiente durante la stagione invernale, dall’ambiente all’emettitore durante quella estiva). Le componenti principali di un ventilconvettore sono quelle indicate nella figura seguente:



Esistono differenti classificazioni adottabili per i ventilconvettori; nella figura seguente ne diamo una schematizzazione di massima (che non è però l’unica possibile):



I ventilconvettori sono utilizzati per il riscaldamento ed il raffrescamento di ambienti sia nel contesto civile che in quello industriale o del terziario. Normalmente, nel caso di ambienti molto ampi (ad esempio, un magazzino, un reparto produttivo, ecc.) vengono installati più terminali di emissione, in modo che la potenza termica e/o frigorifera totale venga suddivisa fra di essi. I terminali sono di preferenza installati sotto-finestra (in modo da contrastare eventuali correnti d’aria dall’esterno) e su pareti o soffitti confinanti con un ambiente non riscaldato o con l’esterno (in modo da ridurre la formazione di condensa superficiale interna agli apparecchi).

Nella figura seguente riportiamo alcuni esempi di ventilconvettori disponibili sul mercato:





Rendimenti tipici degli emettitori
Il calcolo del rendimento di emissione ηE, necessario per stabilire il rendimento complessivo di un impianto di riscaldamento, non è semplice né immediato, poiché esso è influenzato da numerosi parametri, come ad esempio le temperature di mandata e di ritorno del fluido termovettore, il tipo di alimentazione, le dimensioni dei locali riscaldati, la componente edile che funge da supporto, ecc.

Per quanto riguarda gli scopi delle presenti pagine, è però almeno utile fornire alcuni dati che, seppur molto indicativi, possano dare un’idea di massima dell’efficienza energetica dei diversi sistemi di emissione, in modo da favorirne, da questo punto di vista, un facile confronto. Naturalmente la scelta di una particolare tipologia di emettitore non dipende soltanto dal suo rendimento: per ciascuna di esse abbiamo infatti messo in luce pregi e difetti, dei quali occorrerà opportunamente tener conto.

La Norma UNI-TS 11300
-2 presenta due prospetti con valori tipici di rendimento ηE e ci si potrebbe dunque riferire a questi; il problema è che tali tabelle richiedono una certa conoscenza di alcuni aspetti tecnici che vanno al di là dei nostri scopi. Rielaborando però questi dati con altri forniti dai produttori ed altri ancora presenti nell’amplissima Letteratura di settore, è possibile fornire i valori tipici che riportiamo nel seguito. Lo facciamo utilizzando non una tabella, bensì un istogramma, che rende più semplice ed immediato il confronto fra gli emettitori considerati. Da sottolineare che i valori indicati sono da considerarsi validi (anche se soltanto "orientativi") per locali con un’altezza netta media (diciamo semplicemente che essa rappresenta l’altezza interna del locale) non superiore a 5-6 metri. Si osservi inoltre come sia compresa la voci "Altri tipi", con la quale abbiamo sintetizzato in modo molto "brutale" il rendimento di emissione tipico di tutti quegli emettitori non specificati attraverso le altre tipologie:



Sistemi di regolazione - Parte 1


Premesse
Lo scopo prioritario di un impianto termico è quello di mantenere un determinato set-point di temperatura all’interno dei locali riscaldati e di garantire così un corretto livello di comfort termoigrometrico. La sua progettazione si basa sul calcolo preventivo delle dispersioni termiche dell’edificio che tale impianto andrà a servire, in presenza di determinate condizioni climatiche e di esposizione (ossia di orientamento ed eventuale inclinazione) delle differenti componenti edili nonché dei loro eventuali ombreggiamenti, in modo che le condizioni possano essere mantenute anche in presenza di picchi eccezionali di freddo (solitamente si fa riferimento alle temperature minime mediamente previste per la zona ove è collocato l’edificio).

Nella realtà, queste condizioni estreme (più propriamente chiamate "condizioni di progetto") si verificano per periodi piuttosto limitati rispetto all’intera stagione di riscaldamento. Ne consegue che, se l’impianto termico provvedesse sempre la stessa quantità di calore, per la maggior parte del tempo gli ambienti interni risulterebbero surriscaldati, con una drastica diminuzione del comfort termoigrometrico ed un altrettanto drastico aumento dei consumi energetici.

Per fare in modo che ciò non avvenga e che, quindi, l’efficienza energetica dell’intero sistema edificio-impianti risulti la più elevata possibile, l’impianto termico viene provvisto di un sistema di regolazione, il quale ha come scopo principale quello di regolare la quantità di calore immessa nei locali in base sia al set-point di temperatura prescelto, sia alla temperatura esterna. Il fatto che, generalmente, entrambe le temperature vengano utilizzate per far lavorare correttamente il sistema di regolazione è dovuto sia all’osservazione che le dispersioni termiche dell’edificio dipendono dalla loro differenza (come analizziamo in queste pagine del presente sito), sia al fatto che il comfort termoigrometrico dipende, naturalmente, anche (ma non solo) dalla temperatura interna.

Il sistema di regolazione, che a sua volta può essere composto da più sottosistemi, può essere di diverse tipologie, a seconda del tipo di impianto termico, del tipo di edificio e del livello di precisione e di automatismo che si intendono raggiungere. Nonostante ciò che comunemente si pensa, l’argomento è molto ampio e non certo semplice; per non travalicare gli scopi delle presenti pagine, ci limiteremo, nel seguito, a trattare i principali argomenti, senza approfondire eccessivamente gli aspetti troppo tecnici. Gli interessati possono comunque consultare i riferimenti bibliografici che riportiamo nell’apposita sezione in fondo a queste pagine.


Schema generale e tipologie di regolazione
Nella seguente figura riportiamo uno schema generale dei sistemi di regolazione utilizzabili per un impianto termico di riscaldamento:



Specifichiamo subito che, in quanto generale, tale schema comprende tutti i possibili casi e sottocasi che analizzeremo nel seguito. Ciò significa che una o più delle parti funzionali indicate potrebbero non essere presenti. Fra breve analizzeremo meglio questa tipologia di rappresentazione grafica, utilizzata diffusamente per i sistemi fisici in generale; per ora ci interessa capire innanzitutto come interpretarla.

Lo schema è di tipo funzionale: ciò significa sia che esso fornisce una rappresentazione dei componenti e dei dispositivi che non per forza corrisponde alla loro reale dislocazione all’interno dell’edificio, sia che le frecce riportate indicano non tanto dei flussi fisici, quanto dei segnali. Ad esempio, in uscita dai blocchi che rappresentano, accorpati, i sottosistemi di distribuzione ed emissione troviamo la temperatura Ta degli ambienti riscaldati, anche se l’uscita reale dell’insieme di tali sottosistemi è la quantità di calore immessa negli ambienti. I segnali presenti sono i seguenti:

  • Te = temperatura dell’ambiente esterno

  • Te,mis = temperatura misurata dell’ambiente esterno

  • Ta = temperatura dell’ambiente riscaldato

  • Ta,mis = temperatura misurata dell’ambiente riscaldato

  • Ta,rif = temperatura desiderata dall’utente per l’ambiente riscaldato (ossia il "set-point" che abbiamo più volte citato nelle precedenti sezioni di queste pagine)

  • Tm = temperatura di mandata del fluido termovettore

  • Tm,rif = set-point della temperatura di mandata del fluido termovettore
  • Tm,mis = temperatura misurata di mandata del fluido termovettore


Sempre in generale, le regolazioni possibili sono di tre tipi: climatica, di zona ed ambiente. Nello schema precedente è rappresentata (come normalmente accade) una sola regolazione climatica e si è ipotizzato che siano presenti N regolazioni di zona e/o di ambiente.

La regolazione climatica viene effettuata in corrispondenza del generatore di calore. Mediante un’opportuna sonda di temperatura, collocata all’esterno e denominata "sonda climatica", viene misurata la temperatura esterna Te. Questa viene utilizzata da un sistema elettronico che, in base ad una specifica curva climatica, determina il set-point Tm,rif al quale, in base alla Te,mis, deve essere impostata la temperatura di mandata del fluido termovettore.
Viene poi calcolata la differenza ΔTm fra tale set-point e la reale temperatura di mandata Tm,mis (a sua volta misurata tramite una sonda di temperatura) ed il risultato è fornito in ingresso ad un opportuno regolatore (detto in questo caso "regolatore climatico"), il quale stabilisce come agire sull’attuatore, ed in particolare:

  • Se ΔTm = 0 (cioè se la temperatura di mandata reale è identica a quella di set-point) il regolatore non fa nulla

  • Se ΔTm < 0 (cioè se la temperatura di mandata reale è superiore a quella di set-point) allora il regolatore, tramite l’attuatore, diminuisce la potenza termica erogata dal generatore di calore

  • Se ΔTm > 0 (cioè se la temperatura di mandata reale è inferiore a quella di set-point) allora il regolatore, tramite l’attuatore, aumenta la potenza termica erogata dal generatore di calore


Nel secondo e nel terzo caso il regolatore continuerà a far agire l’attuatore come descritto fintantoché risulterà
ΔTm = 0; a questo punto la temperatura di mandata risulterà identica a quella di set-point e, ricadendo nel primo caso, il regolatore bloccherà l’attuatore e la potenza termica fornita dal generatore di calore si assesterà su un certo valore; tale condizione permarrà finché la temperatura esterna non cambierà (quindi finché non cambierà anche il set-point Tm,rif). Specifichiamo infine che, per motivi che illustriamo nella sezione dedicata alla gestione e manutenzione degli impianti termici, il regolatore climatico provvede anche a stabilire i corretti periodi di spegnimento ed accensione (ed eventuale modulazione) del generatore di calore.

La regolazione di zona segue gli stessi principi generali, ma con "ingressi" ed "uscite" differenti. Essa viene attuata in corrispondenza di predeterminate zone dell’edificio, che normalmente comprendono più locali. Il set-point di temperatura per ciascuna zona (Ta,rif) viene stabilito dagli occupanti attraverso un sistema manuale o un sistema programmabile
. Viene calcolata la differenza ΔTa fra questo set-point e la reale temperatura Ta,mis degli ambienti che costituiscono la zona (misurata mediante una sonda di temperatura). Questa differenza viene passata in input al regolatore di zona, il quale si comporta nel modo seguente:

  • Se ΔTa = 0  (cioè se la temperatura ambiente reale è identica a quella di set-point) il regolatore non fa nulla

  • Se ΔTa < 0 (cioè se la temperatura ambiente è superiore a quella di set-point) allora il regolatore, tramite l’attuatore, diminuisce la potenza termica erogata dagli emettitori di calore

  • Se ΔTa > 0 (cioè se la temperatura ambiente è inferiore a quella di set-point) allora il regolatore, tramite l’attuatore, aumenta la potenza termica erogata dagli emettitori di calore


Anche in questo caso, il regolatore continuerà ad agire sull’attuatore causando la variazione del calore fornito dagli emettitori finché la temperatura di zona non avrà raggiunto il set-point richiesto dall’utente. A questo punto se, per qualsiasi motivo, tale set-point viene cambiato, il regolatore riprenderà a variare la potenza termica degli emettitori.

La regolazione ambiente è, in sostanza, identica a quella di zona e segue dunque la stessa logica. La differenza sta nel "confine termico" al quale si riferisce la regolazione stessa; in pratica, quando si attua una regolazione ambiente si sta attuando di fatto una regolazione di zona, con la zona che corrisponde normalmente ad un singolo locale. In quest’ottica, possiamo affermare che la regolazione ambiente costituisce un caso particolare di regolazione di zona.

Da notare che la regolazione climatica e quelle di zona (oppure quelle di ambiente) non possono essere considerate autonome: ciò che le rende interdipendenti è la temperatura di mandata del fluido termovettore Tm. Questo significa che la corretta regolazione di tutto l’impianto termico richiede una più che attenta taratura sia del regolatore climatico, sia dei regolatori di zona e/o di ambiente.


La curva climatica
La curva climatica fa parte dei sistemi di regolazione climatica di un impianto termico. Il suo utilizzo aumenta il rendimento di emissione, inteso però non come istantaneo, bensì come calcolato su un periodo più o meno lungo (si va da un’ora ad un’intera stagione di riscaldamento).

Qual è lo scopo di questo tipo di regolazione? Con riferimento allo schema precedente, perché non è sufficiente l’utilizzo del solo regolatore climatico? Dal punto di vista dello schema funzionale, diciamo che il regolatore climatico da solo non sarebbe in grado di modulare la temperatura di mandata Tm in quanto, per farlo, esso necessita di conoscere, istante per istante, il set-point di tale temperatura (Tm,rif), a sua volta dipendente dalla temperatura esterna (Te): informazione che solo la curva climatica può fornire. Dal punto di vista fisico (o, se si preferisce, dal punto di vista delle applicazioni reali), segnaliamo quindi che la curva climatica è una parte integrante del regolatore climatico: se si decide di adottare una regolazione di questo tipo, entrambe le funzioni sono comprese a bordo di uno stesso dispositivo elettronico, normalmente detto "centralina climatica", come abbiamo posto in evidenza nel precedente schema generale.

Quanto allo scopo della regolazione effettuata mediante la curva climatica, è presto detto: innanzitutto il suo utilizzo può incidere non poco sui consumi energetici annuali per il riscaldamento in quanto, anziché ragionare con una logica di "acceso o spento", il sistema di regolazione fa in modo che il generatore possa erogare una potenza termica (cui consegue una temperatura Tm) compresa fra zero (tutto spento) e la sua potenza nominale (tutto acceso); in pratica, è come passare dall’utilizzo di un’automobile a due marce (veicolo fermo o veicolo alla massima velocità) ad una a cinque marce: a seconda della marcia innestata, il veicolo è in grado di adattare meglio il proprio funzionamento alle condizioni del tragitto, esattamente come a seconda di ciò che stabilisce il regolatore climatico il generatore di calore può meglio adattarsi alle effettive condizioni di temperatura dell’ambiente esterno.

In secondo luogo, l’utilizzo di una regolazione climatica favorisce un corretto comfort termoigrometrico all’interno dei locali riscaldati, evitando surriscaldamenti durante i periodi in cui la temperatura esterna passa abbastanza rapidamente da una condizione estrema ad un’altra (ad esempio, da molto fredda a calda). Questo caso si presenta tipicamente durante le mezze stagioni (primavera ed autunno) e, senza regolazione climatica, può dar luogo a dis-comfort termoigrometrico, specialmente per quegli edifici caratterizzati da elevate inerzie termiche (per i quali, cioè, ci vuole molto tempo affinché la temperatura interna Ta raggiunga il valore di set-point Ta,rif).

A questo punto non rimane che vedere com’è fatta una curva climatica; come abbiamo anticipato, essa dipende non soltanto dalla tipologia di emettitori installati, ma anche dal tipo di generatore di calore, dalle caratteristiche termodinamiche dell’edificio e dalla sua esposizione. Inoltre non esistono, né in Normativa né in Letteratura, delle curve climatiche tipiche alle quali riferirsi, tenendo anche conto del fatto che, spesso, i produttori dei generatori di calore vendono i propri prodotti già equipaggiati con centraline climatiche delle quali è molto complicato ricavare le relative curve. Quello che possiamo fare è fornire delle curve climatiche di riferimento, a parità di caratteristiche termodinamiche dell’edificio, valide mediamente per il territorio italiano e per caldaie a condensazione oppure tradizionali ad alto rendimento; indichiamo, come riferimento, tre sistemi di emissione, ma è inteso che a ciascuno di essi corrispondono sistemi ad inerzia alta (pavimenti radianti), media (aerotermi) o bassa (radiatori):



Da notare che, a prescindere dalla tipologia di emettitore, tutte le curve passano per il punto (20;20) °C: trattandosi in ogni caso di curve convenzionali, questo assicura che con una temperatura esterna di 20 °C la temperatura di mandata verrà impostata al medesimo valore e quindi, in ultima analisi, che la temperatura interna dei locali (Ta) non supererà i valori consentiti dalla Normativa, la quale, come vedremo meglio nella sezione dedicata alla gestione ed alla manutenzione degli impianti, non deve essere maggiore proprio di 20 °C (18 °C nel solo caso di edifici adibiti ad attività industriali, artigianali ed assimilabili), con una tolleranza di 2 °C

A volte si rende necessario verificare la correttezza della curva impostata per una centralina climatica; questo può avvenire durante il collaudo o il primo avviamento dell’impianto, durante un’analisi del comfort termoigrometrico oppure come fase intermedia dello svolgimento di una perizia energetica di dettaglio. In questi casi si procede con l’utilizzo di strumentazioni professionali e si registrano, per periodi più o meno lunghi di tempo (a seconda degli obiettivi che ci si prefigge con l’analisi), i valori della temperatura esterna e di quella di mandata. Fatto ciò si procede con una tecnica matematica che illustriamo nel dettaglio nelle pagine dedicate agli audit energetici industriali: si inseriscono tutte le coppie di valori misurati in un diagramma cartesiano e si ricava la retta interpolante. Tale retta rappresenta correttamente il funzionamento della centralina climatica se il coefficiente di correlazione (detto "R quadro") che si ricava è molto vicino ad 1 (valori accettabili vanno da 0,88-0,90 in su). Se questa verifica è positiva, si passa da ultimo a confrontare la retta ottenuta (ossia la curva climatica reale) con la curva climatica teorica (preferibilmente quella fornita dal produttore, altrimenti ci si può riferire a curve simili a quelle della figura precedente). Nella figura seguente mostriamo due esempi di tale tipo di analisi:



Nel primo caso la retta ottenuta non solo non rappresenta correttamente i punti misurati in quanto il coefficiente di correlazione è molto minore di 1, ma si nota anche come la retta in questione sia ascendente anziché discendente (confrontare con le curve climatiche tipiche che abbiamo fornito in precedenza); ciò significa che la centralina climatica analizzata o non è stata tarata correttamente o, addirittura, è guasta e quindi da sostituire: un andamento di questo tipo comporta infatti un innalzamento della temperatura di mandata del fluido termovettore a seguito di un innalzamento della temperatura ambiente, ossia un comportamento esattamente opposto a quello che si vorrebbe nella realtà… Nel secondo caso, invece, il coefficiente di correlazione ha un valore più che accettabile (e lo si nota anche graficamente: tutti i punti si trovano molto vicini alla retta) e la curva ricavata risulta correttamente discendente: questa centralina climatica sta svolgendo correttamente la propria funzione.

Da ultimo, spendiamo qualche parola sulle sonde per il rilievo della temperatura esterna. Oggigiorno esistono in commercio molti modelli, tutti paragonabili fra loro dal punto di vista delle prestazioni e dalla semplicità e rapidità di installazione. Ciò che conta è proprio come viene eseguita quest’ultima; in particolare, la sonda deve rilevare il più correttamente possibile la temperatura esterna nel caso "sfavorevole", quindi deve essere installata sul lato Nord dell’edificio (oppure, se ciò non fosse possibile, si installa sul lato Est, ma avendo cura che la sonda risulti protetta dall’irradiazione solare mattutina) e facendo in modo che essa non venga troppo influenzata né dalle condizioni ambientali, né da apparati e/o dispositivi nelle vicinanze. Quindi deve essere protetta dal vento e dalla pioggia e posata lontana da fonti di calore e correnti d’aria (ad esempio, lontana dalle bocchette di areazione delle cucine ove sono presenti focolari a gas).

Spesso (vuoi per incompetenza, vuoi per malafede…) tali accortezze vengono completamente trascurate, con il risultato che l’intero impianto termico non solo non lavora nel modo corretto (come nel primo caso della figura precedente), ma presenterà negli anni dei consumi energetici decisamente elevati rispetto a quelli di progetto. Nella figura seguente proponiamo due esempi di sonde climatiche non installate correttamente; nel primo, semplicemente, la sonda è stata installata sulla copertura metallica di un tetto piano, esposta dunque a radiazione solare ed a surriscaldamento durante tutto l’arco della giornata… Nel secondo caso la situazione è ancora più problematica: la sonda è posizionata senza protezione dall’acqua né dal vento, molto vicina ad una finestra e ad una bocchetta di areazione, vicinissima ad un interruttore crepuscolare e, per dipiù, per un edificio a quattro piani è stata installata ad un’altezza non consona (cioè troppo vicina al terreno, rispetto all’altezza complessiva dell’edificio).





Sistemi di regolazione
La domanda alla quale vogliamo ora rispondere è: come lavorano i regolatori del sistema di regolazione? Pur agendo in modo differente fra loro, il controllo climatico, quello di zona e quello di ambiente effettuano regolazioni che seguono gli stessi principi logici, anche se attuati su variabili fisiche differenti ed in base ad altre grandezze fisiche pure loro diverse. Senza troppo addentrarci in questo argomento abbastanza specialistico, ciò che ci interessa è esporre in modo semplice ma esaustivo i succitati principi, in modo da poter capire quali tipologie di regolatore ci mette a disposizione l’attuale tecnologia e poterle confrontare in termini di pregi, difetti ed applicazioni pratiche per quanto riguarda gli impianti di riscaldamento.

Continuando con l’approccio che abbiamo già adottato in precedenza, ci riferiamo ad un generico sistema fisico regolato, che rappresentiamo utilizzando dei "blocchi". Un blocco descrive il regolatore, un secondo blocco il sistema regolato. Inoltre utilizziamo un terzo blocco che chiamiamo "trasduttore", il cui compito è quello di rendere possibile la misura di determinate variabili termiche (ad esempio, una sonda climatica è un trasduttore).

Utilizzando una rappresentazione di questo tipo, a ciascun blocco è associata una variabile in ingresso ed una in uscita: la variabile in uscita dipende da quella in ingresso e da come il blocco agisce su questa (dal punto di vista matematico e/o logico).

Un sistema di questo tipo è detto "retroazionato", nel senso che la variabile d’uscita globale (Z) dipende dal set-point Zrif ma anche da sé stessa, in quanto il suo valore viene "riportato" in ingresso e confrontato proprio con il set-point per capire come il regolatore deve agire. Sembra una rappresentazione un po’ complicata, ma, in realtà, la utilizziamo nella vita di tutti i giorni, anche se magari non ce ne siamo accorti.

Per convincerci di questa affermazione, facciamo un semplicissimo esempio: nella frase «Se non sento ciò che dicono in TV allora alzo il volume» è implicito un sistema retroazionato: l’uscita Z è il volume attuale del televisore; il set-point Zrif è il livello al di sotto del quale non sentiamo; il regolatore è il telecomando; la "variabile controllata" X è la differenza fra il volume effettivo e quello che vorremmo; il sistema controllato è il volume del TV. Se il volume effettivo Z (che misuriamo tramite il nostro trasduttore naturale, ossia l’orecchio, ottenendo Zmis) è inferiore a quello desiderato Zrif, allora X è positiva e quindi il telecomando fornisce al TV l’ordine di alzare il volume stesso per il tramite della "variabile di controllo" Y. A questo punto Z aumenta e la cosa va avanti finché essa non eguaglia Zrif: in questa condizione X diventa nulla e l’obiettivo è stato raggiunto.

Nella figura seguente forniamo quindi la rappresentazione grafica di un generico sistema regolato, al quale ci riferiremo da adesso in poi, assieme ad una tabella che indica, per le regolazioni che abbiamo analizzato in precedenza, quali nomi assumono le diverse grandezze coinvolte:




Per capire come funzionano i diversi tipi di regolatore e, prima ancora, perché non ne esiste una sola versione, è prima necessario osservare che, come accade per qualsiasi fenomeno fisico, la regolazione di un impianto termico (e quindi, in ultima analisi, di un intero sistema edificio-impianti) non avviene mai istantaneamente: a seguito di una variazione della variabile di set-point Zrif, il regolatore cambia in modo quasi-istantaneo la variabile di controllo Y, ma poi il sistema controllato (cioè il generatore di calore nel caso della regolazione climatica e l’insieme di emettitori e sistema di distribuzione nel caso di regolazione di zona o di ambiente) impiega un certo periodo di tempo per variare il proprio comportamento termico e fare in modo che le grandezze reali assumano il valore desiderato (la temperatura di mandata nel caso della regolazione climatica e la temperatura ambiente nel caso della regolazione di zona o di ambiente). Questo fenomeno è dovuto all’inevitabile fatto che ogni sistema fisico presenta delle inerzie; ne abbiamo già discusso in relazione ai sistemi di emissione, ma le stesse considerazioni valgono anche per i generatori di calore e per i sistemi di distribuzione. Entra inoltre anche in gioco l’inerzia dell’edificio, che, anzi, è il parametro che più impatta sul ritardo della risposta dell’intero sistema edificio-impianti.

Per questi motivi, nel corso degli anni sono stati messi a punto diversi metodi con lo scopo, per quanto possibile, di contrastare questi ritardi; chiariamo però subito che non esiste (e non esisterà mai) un metodo in grado di annullarli completamente: l’unica cosa possibile è limitarli e migliorare la cosiddetta "risposta dinamica" del sistema edificio-impianti a seguito di una regolazione.

La tipologia basilare di regolazione è detta "ON-OFF" (o anche "Tutto o niente", "Aperto/chiuso", ecc.). Di fatto, essa consiste nel variare del 100% la variabile di controllo (Y) in modo da ottenere una certa variazione della variabile controllata (Z) facendo in modo che essa possa assumere il valore di setpoint (Zrif). Con riferimento allo nostro schema generale, prendiamo il caso della regolazione di un ambiente, ipotizzando che l’utente stabilisca che il setpoint di temperatura debba essere di 20°C. Il sistema misura la temperatura reale (Z) e si accorge che essa vale, ad esempio, 18°C; il regolatore varia allora il segnale di controllo Y e comunica ad un opportuno attuatore (che in questo caso potrebbe essere una valvola installata su un collettore di ambiente) che deve aprirsi completamente e lasciar passare l’intera portata di fluido termovettore. Questo scorre nel circuito e, tramite gli emettitori, la temperatura ambiente viene innalzata fino al valore desiderato. Il problema è che, come abbiamo già visto, sia il sistema in sé sia il sistema edificio-impianti presentano una loro inerzia; quindi, dal momento in cui la temperatura ambiente ha raggiunto il valore di set-point (cioè Z = Zrif), anche se il regolatore comunica quasi-immediatamente alla valvola di chiudersi, gli emettitori continuano per un certo tempo a fornire calore all’ambiente, quindi la temperatura si innalza oltre il valore di setpoint Zrif.

In realtà, pur essendo di tipo basilare, anche la regolazione ON-OFF è opportunamente modificata rispetto al comportamento che abbiamo appena descritto, in modo da contrastare parzialmente il problema. Consideriamo i seguenti diagrammi:




Quello di sinistra rappresenta la "legge di regolazione", ossia come deve variare la variabile di controllo (Y) al variare di quella controllata (Z). Quello di destra rappresenta invece un possibile diagramma temporale della variabile controllata. Come notiamo dal diagramma di sinistra, ciò che si fa nella realtà è predisporre una certa "isteresi" per il regolatore ON-OFF; per capirne il funzionamento, osserviamo il diagramma di destra, riferendoci ancora al caso della regolazione ambientale. All’inizio di tutto (tempo iniziale, t = 0 secondi) la temperatura ambiente Z è ben inferiore al setpoint Zrif, quindi il regolatore invia il segnale Y di completa apertura della valvola (stato ON), Il fluido termovettore scorre nel circuito e negli emettitori e la temperatura ambiente inizia a salire. Nel momento in cui essa raggiunge il setpoint, il regolatore chiude completamente la valvola (stato OFF) ma, a causa dell’inerzia, la temperatura sale ancora un po’ sopra al setpoint. Poi, con il trascorrere del tempo, essa inizia a scendere (a causa delle dispersioni di calore dell’edificio); nel momento in cui la temperatura scende nuovamente sotto al setpoint, il regolatore non agisce immediatamente, ma attende che Z scenda ad un valore inferiore, che nel nostro diagramma vale Zmin = Zrif – DS, dove DS è detto "differenziale statico". A questo punto il regolatore riapre completamente la valvola e così via… Da notare che l’inerzia del sistema entra in gioco non solo quando la temperatura raggiunge il valore di setpoint, ma anche quando essa scende al valore Zmin: a causa del fenomeno, nonostante il regolatore riporti la valvola in stato ON, essa continua a scendere per un certo periodo di tempo, prima di poter rincominciare a risalire sopra a Zmin.

In questo modo il problema dell’inerzia non viene quindi del tutto risolto; però, almeno, si evita un continuo aprirsi e chiudersi dell’attuatore (la valvola), che non solo ne diminuirebbe notevolmente la vita, ma creerebbe un cospicuo dispendio energetico. Inoltre, anche il livello di comfort termoigrometrico risulterebbe non certo adeguato.

Con la regolazione ON-OFF, quindi, si riduce il dispendio energetico e si migliora il comfort termoigrometrico, dipendentemente dal differenziale statico DS impostato per il regolatore. Ma si tratta comunque di una soluzione basilare che, seppur poco costosa, non garantisce certo il massimo rendimento di regolazione dell’impianto né il miglior comfort termoigrometrico.

Una prima ottimizzazione dei regolatori ON-OFF è ottenibile passando ai regolatori "flottanti". La differenza fra i due è che con questi ultimi l’attuatore non assume soltanto la posizione di "tutto aperto" (ON) o di "tutto chiuso" (OFF), ma può anche assumere una posizione intermedia, detta "neutra". Quando ciò avviene, la variabile controllata Z rimane all’interno dell’intervallo di differenziale statico DS; se, per qualsiasi ragione, esce da questo, allora il regolatore interviene, causando il movimento dell’attuatore verso lo stato ON oppure verso lo stato OFF. Un sistema di questo tipo funziona bene soltanto se il tempo di reazione della sonda di misura utilizzata è inferiore a quello necessario all’attuatore per compiere un’intera escursione (cioè da stato ON a stato OFF). Sistemi di questo tipo sono comunque molto basilari e trovano applicazione, ad esempio, nella regolazione dei pressostati in centrale termica.

Un’evoluzione importante dei regolatori ON-OFF o flottanti è stata "ereditata" dai regolatori utilizzati nell’ambito degli azionamenti elettrico/elettronici industriali e, in generale, prende il nome di "regolazione PID". Le tre lettere significano "regolazione proporzionale" (P), "regolazione integrale" (I) e "regolazione derivativa" ("D"). I regolatori che agiscono secondo tali algoritmi presentano alcune differenze con quelli ON-OFF, che specificheremo nel seguito; diciamo però subito che la differenza principale sta nel fatto che i regolatori di tipo PID non agiscono soltanto fra due posizioni ON e OFF, ma sono in grado di modulare la variabile di controllo Y in modo che l’attuatore possa assumere anche alcune posizioni intermedie fra "tutto aperto" e "tutto chiuso". Evidentemente questo richiede anche l’utilizzo di attuatori che si prestino a questo tipo di funzionamento. Il vantaggio è lo stesso che si ha con autoveicolo a marce: come in questo è possibile adattare il profilo di coppia del motore al tipo di percorso e scaricare così a terra la potenza meccanica disponibile, così con i regolatori PID è possibile adattare meglio il profilo termico dell’impianto di riscaldamento agli ambienti riscaldati in modo da "iniettare" correttamente in essi la potenza termica necessaria.

Specifichiamo inoltre che, nell’ambito degli impianti di riscaldamento, è possibile trovare regolatori soltanto di tipo P oppure PI. Non si hanno notizie di regolatori presenti sul mercato che contengano la sola regolazione derivativa D (anche perché, per varie ragioni, un regolatore puramente D non funzionerebbe in modo corretto) e praticamente quasi mai accade che un regolatore sia soltanto di tipo I o D. Molto rari sono anche i casi di regolatori completi PID; per tal motivi, nel seguito tratteremo quindi soltanto i regolatori P e PI.

L’azione proporzionale P fa seguire ad una variazione della grandezza controllata Z una variazione direttamente proporzionale della grandezza di controllo Y. Ciò significa che a seguito di una variazione
ΔZ della grandezza controllata Z il regolatore interviene quasi-istantaneamente con una variazione della grandezza di controllo pari a ΔY = Kp x ΔZ, dove Kp è il "coefficiente di proporzionalità". In pratica, ad ogni valore di Y imposto dal regolatore all’attuatore corrisponde una posizione che quest’ultimo deve assumere, con tutte le posizioni possibili comprese fra quella di "tutto aperto" e quella di "tutto chiuso". Ciò significa quindi che esiste un solo valore della grandezza Y per il quale risulta esattamente Z = Zrif, mentre per tutte le altre posizioni dell’attuatore il valore effettivo di Z presenta uno "scostamento di regime" da Zrif (in positivo o in negativo) e tale scostamento permane fintantoché non interviene una nuova variazione di Z che causa una nuova regolazione tramite Y e così via.

Anche in questo caso si è escogitato un modo per evitare che il regolatore continui a far variare la posizione dell’attuatore, preservandone così la durata di vita. In pratica, mentre con il regolatore ON-OFF o flottante ciò si realizza con l’isteresi ed il conseguente differenziale statico DS, nel caso di un regolatore di tipo P viene introdotta una "banda proporzionale
” ΔZmin, la quale indica di quanto deve variare la variabile controllata Z affinché il regolatore possa intervenire variando il segnale Y dal valore minimo a quello massimo. Il valore Zrif si trova in genere a metà della banda di proporzionalità; minore è quest’ultima, maggiore risulterà la sensibilità del regolatore. Nella figura seguente mostriamo sia il diagramma che rappresenta, in generale, la legge di regolazione di un regolatore di tipo P, sia un esempio relativo ad un controllo della temperatura di mandata Tm (regolazione climatica):




Con riferimento all’esempio della figura di destra, notiamo che al valore di temperatura Tm,rif = 25°C corrisponde un’apertura dell’attuatore pari al 50%: è il caso tipico delle valvole a tre vie, di cui tratteremo nel seguito. Per questo specifico esempio la banda di proporzionalità vale 4°C e la sensibilità è di 1°C (la sensibilità indica la variazione minima della variabile Z = tm affinché venga variata la posizione dell’attuatore).

A proposito dell’esempio che abbiamo appena mostrato, segnaliamo che un regolatore proporzionale (P) può essere di tipo diretto oppure inverso. Nel primo caso (a sinistra nella figura precedente) il coefficiente Kp è maggiore di zero e quindi se aumenta Z aumenta anche Y; nel secondo caso, invece, Kp è negativo e ad un aumento di Z corrisponde una diminuzione di Y.

Con l’introduzione della regolazione integrale I si ovvia al principale problema presentato dai regolatori di tipo P, ossia, come abbiamo visto, al fatto che a seguito dell’azione di regolazione permane uno scostamento di regime fra la variabile controllata Z ed il set-point Zrif. L’azione integrale I si sovrappone a quella proporzionale P ed agisce sul segnale in uscita in modo proporzionale all’entità dello scostamento della variabile controllata dal valore desiderato, ossia in modo proporzionale a Z-Zrif. Quindi per l’azione puramente integrale I non esiste un rapporto diretto tra lo scostamento di Z da Zrif e la posizione dell’attuatore, ma tale proporzionalità torna ad essere comunque presente grazie alla contemporanea presenza dell’azione proporzionale.

Per comprendere meglio la differenza fra un regolatore solo P ed uno di tipo PI possiamo riferirci al seguente diagramma:




Esaminando l’esempio e confrontando i due tipi di regolazione, si nota molto bene come il vantaggio dell’utilizzo di una regolazione proporzionale-integrale PI risieda nell’annullare lo scostamento di regime fra la variabile controllata Z ed il setpoint Zrif. Inoltre anche la risposta dinamica del sistema migliora notevolmente, in quanto le oscillazioni di Z dal momento in cui si avvia il processo di regolazione all’istante di regime sono molto più contenute.

I regolatori di tipo P o PI possono essere realizzati attraverso sistemi analogici, digitali o, addirittura, digitali con microprocessore. I vantaggi dell’utilizzo di un sistema digitale risiedono nella maggior semplicità dei cablaggi, nella più semplice taratura (scelta di DS, Xp, ecc.) e nella maggior sensibilità impostabile per la regolazione. Se il sistema prevede anche l’utilizzo di un microprocessore dedicato, a questi si aggiunge anche il vantaggio non solo della possibilità di taratura a distanza del regolatore, ma anche del contemporaneo monitoraggio dei parametri termici e fluidodinamici del sistema di regolazione. Naturalmente il costo sale passando dai sistemi analogici a quelli digitali e, infine, a quelli digitali con microprocessore.

Negli ultimi anni è anche stata sviluppata una nuova tipologia di logica di regolazione, detta "fuzzy". Essa richiede a priori l’utilizzo di un sistema digitale a microprocessore, è la tecnologia più costosa al momento disponibile e, per questo motivo, il suo utilizzo non è molto diffuso, essendo in pratica riservato soltanto ad impianti termici di una certa taglia ed importanza.

Con la logica fuzzy la regolazione non viene più effettuata con una logica matematica di causa-effetto fra la variabile controllata e la variabile di controllo; la logica seguita si basa invece su un insieme di regole che simulano l’atteggiamento di un essere umano. Ad esempio, la regolazione della temperatura ambiente avviene, agendo su una valvola di ambiente o di zona, verificando a quali condizioni corrisponde la temperatura ambiente attuale, condizioni descritte mediante un opportuno "insieme fuzzy" che, ad esempio, potrebbe essere costituito dagli stati "Molto freddo", "Freddo", "Corretto", "Caldo" e "Molto caldo".

Sistemi di regolazione - Parte 2


Tipologie di regolatore
I regolatori che abbiamo analizzato in precedenza vengono implementati, nella realtà, attraverso differenti tecnologie a seconda del tipo di regolazione desiderato. Esistono oggigiorno in commercio moltissimi tipi di regolatori, ma in generale possiamo identificare le seguenti corrispondenze:

  • Regolazione climatica: vengono utilizzate delle apposite centraline a gestione elettronica (che, come abbiamo già visto, prendono il nome di "centraline climatiche")

  • Regolazione ambiente o di zona: vengono utilizzati dei termostati, in tutte le loro varianti


Esiste in effetti anche la possibilità di spingere più a fondo la regolazione, andando ad agire direttamente su ogni singolo emettitore, attraverso delle opportune valvole, manuali o termostatiche. Nel primo caso, di fatto, non esiste un regolatore vero e proprio in quanto la regolazione viene effettuata manualmente dall’utente, mentre nel secondo caso il regolatore è assemblato con l’attuatore e ne riparleremo nel seguito.

Per quanto riguarda le centraline climatiche, ogni produttore di generatori di calore è anche produttore della relativa centralina (oppure obbliga all’utilizzo di una centralina di una particolare marca, pena la perdita della garanzia). Ci limitiamo, in questo caso, semplicemente a fornire nella figura seguente alcuni esempi di centraline climatiche attualmente in commercio:




Concludiamo la nostra analisi parlando di quelli che, di fatto, sono i regolatori in assoluto più diffusi e noti, ossia i termostati, di cui riportiamo nella figura seguente qualche esempio scelto fra i numerosissimi dispositivi attualmente presenti sul mercato:



Come si nota dalla figura, esistono tre tipologie principali di termostati:

  • Termostati propriamente detti: consentono la sola regolazione manuale della temperatura ambiente. Possono anche essere di tipo elettronico, ma solitamente sono costruiti con meccanismi analogici. Si riconoscono perché, nella maggior parte dei casi, presentano una ghiera girevole, mediante la quale l’utente fissa il set-point di temperatura, il quale rimane fisso lungo tutto l’arco della giornata; in altri termini, lo spegnimento completo dell’impianto di riscaldamento è affidato alla cura dell’utente stesso. La logica di regolazione è sempre di tipo ON-OFF (raramente può essere di tipo flottante).

  • Cronotermostati: la logica di funzionamento è la stessa dei normali termostati, ma in questo caso il setpoint di temperatura può essere impostato con valori differenti per ciascun intervallo di tempo (pari normalmente ad 1 ora). Il completo spegnimento dell’impianto può essere realizzato manualmente oppure in modo automatico, semplicemente impostando un setpoint di temperatura inferiore per le ore notturne rispetto a quelle diurne. La logica di regolazione è normalmente di tipo ON-OFF, molto raramente di tipo flottante; negli ultimi anni sono stati messi in commercio dispositivi con regolazione proporzionale P, ma questi risultano avere costi paragonabili ai cronotermostati programmabili con logica PI.

  • Cronotermostati programmabili: si tratta di un’ulteriore evoluzione rispetto ai cronotermostati "tradizionali". Con questi dispositivi, per i quali è sempre possibile scegliere fra la logica ON-OFF, quella P e quella PI di regolazione (con anche la possibilità di impostare i differenti parametri: DS, Kp, ecc.), l’utente non solo può impostare differenti setpoint di temperatura per le diverse ore della giornata, ma viene anche messo in grado di impostare differenti programmi giornalieri, intesi come profili orari di temperatura che possono all’occorrenza essere differenti giorno per giorno. Inoltre, tipicamente, si può impostare anche un livello di temperatura "di antigelo", ossia un valore minimo di temperatura al di sotto del quale la mandata del fluido termovettore non deve scendere. Per molti modelli vi è infine la possibilità di impostare un programma spesso definito "vacanze", in grado di mantenere attivo l’impianto anche durante l’assenza degli abitanti per più giorni: in questo modo, sfruttando le inerzie termiche del sistema edificio-impianti, al loro rientro essi ritroveranno la propria abitazione con un livello di comfort termoigrometrico già adeguato, con il vantaggio che i consumi energetici necessari per realizzare tale condizione si sono mantenuti i più bassi possibile. Per molti dei prodotti presenti sul mercato sono anche disponibili delle interessanti funzioni accessorie, quali: possibilità di leggere i valori di temperatura rilevati da una sonda climatica esterna e/o dalla sonda di mandata (con dunque la possibilità di realizzare una regolazione combinata climatica/ambiente), possibilità di leggere – alle volte anche da remoto – alcuni dei parametri tecnici di funzionamento dell’impianto (ore di funzionamento, kWh utilizzati, ecc.), accesso e modifica dei parametri soltanto tramite password, ecc.



Tipologie di attuatore
L’attuatore è il dispositivo che, comandato dal regolatore, agisce direttamente su una specifica parte del sistema di riscaldamento. In sostanza, un attuatore può agire sul sistema di generazione, su quello di distribuzione o su quello di emissione. In alcune applicazioni (raramente, per la verità), l’attuatore agisce direttamente sul sistema di regolazione: è il caso tipico di alcuni specifici termostati per la regolazione di determinate temperature in centrale termica.


A prescindere dal tipo di regolazione (climatica, ambientale o di zona), come abbiamo già avuto modo di vedere gli attuatori utilizzati per gli impianti termici sono praticamente sempre delle valvole. Una valvola è un dispositivo in grado di regolare la quantità di fluido termovettore che transita attraverso la tubazione o il circuito (o anche l’emettitore) a cui risulta collegata. Esistono differenti classificazioni per le valvole utilizzate in ambito termotecnico ed esistono inoltre numerosissimi prodotti presenti sul mercato. Qui analizzeremo soltanto le tipologie e le classificazioni principali.

Una prima classificazione riguarda il tipo di fluido termovettore: esistono infatti valvole adatte ai liquidi ed altre progettate per il funzionamento con i gas. Ad esempio, appartengono alla prima categoria le valvole (di zona o di ambiente) che aprono e chiudono i circuiti di distribuzione per consentire la regolazione (rispettivamente, di zona o di ambiente), mentre appartengono alla seconda categoria le valvole che consentono di regolare il funzionamento di un bruciatore modulante, realizzando così una regolazione climatica del generatore di calore.

Una seconda classificazione viene fatta in base alle caratteristiche meccaniche, quali il tipo di attacco della valvola alle tubazioni (filettato, flangiato o saldato) ed il movimento dell’otturatore (che è la parte mobile della valvola, cioè quella che ne consente l’apertura e la chiusura). Per quest’ultimo si distinguono:

  • Otturatori assiali, che cioè si alzano e si abbassano in direzione trasversale rispetto alla tubazione e consentono quindi la regolazione del passaggio di fluido termovettore

  • Otturatori radiali, in cui viene fatto ruotare un piccolo albero meccanico solidale ad un disco realizzato con alcuni fori, detti "luci": al ruotare dell’albero viene variata la dimensione delle luci e, di conseguenza, la portata del fluido termovettore


Una terza classificazione si basa sulla caratteristica di regolazione, le cui tre tipologie più diffuse sono rappresentate nella figura seguente:




Le valvole ad apertura rapida sono in genere utilizzate con un regolatore di tipo ON-OFF. Se la valvola è di tipo "normalmente chiuso", in stato OFF lo stelo è chiuso o poco aperto (percentuale di corsa molto bassa) e la portata è nulla o quasi; in stato ON accade il contrario, cioè la corsa dello stelo è al 100% (o quasi) e la portata e quella massima (o quasi). Se la valvola è di tipo "normalmente aperto", la logica di funzionamento è opposta. In entrambi i casi, in presenza di un regolatore flottante, al 50% della corsa dello stelo corrisponde il 50% della portata, di modo che la variabile controllata Z assuma un valore il più prossimo possibile al setpoint Zrif.

Le valvole con caratteristica lineare forniscono una portata che è direttamente proporzionale alla corsa dello stelo e, per tale motivo, il loro utilizzo risulta ideale con regolatori di tipo P o di tipo PI e con carichi termici che non presentano brusche variazioni nel tempo.

Le valvole con caratteristica equipercentuale si comportano in modo tale che a ciascuna variazione percentuale della corsa dello stelo corrisponde una variazione percentuale identica della portata rispetto al valore assunto in precedenza dalla stessa. Questa tipologia di valvole ha un utilizzo deale con regolatori di tipo P o di tipo PI e con carichi termici che presentano brusche e consistenti variazioni nel tempo.

Un’ultima classificazione riguarda il numero di vie, ossia il numero complessivo di entrate e di uscite. Si hanno pertanto:

  • Valvole a due vie (o "di passaggio"): consentono la variazione continua di portata del fluido termovettore da un valore minimo ("tutto chiuso") ad un valore massimo ("tutto aperto"); vengono tipicamente utilizzate come valvole per la regolazione di zona o di ambiente

  • Valvole miscelatrici (a tre vie): presentano due entrate ed una sola uscita; il fluido termovettore in uscita ha una temperatura intermedia fra quelle dei due fluidi in ingresso

  • Valvole deviatrici (a tre vie): presentano una sola entrata e due uscite; in questo caso il fluido termovettore ha la stessa temperatura dell’ingresso per entrambe le uscite, ma la portata di ciascuna delle due uscite risulta inferiore a quella dell’ingresso (in pratica, la somma delle due portate d’uscita risulta uguale alla portata in ingresso)


Nella figura seguente schematizziamo le tre tipologie di valvole appena elencate, aggiungendo dei valori numerici per le temperature T e per le portate Q in modo da facilitare ulteriormente la comprensione dei tre funzionamenti. Aggiungiamo inoltre, per ciascuna tipologia, un esempio di prodotto attualmente in commercio:




Un’altra tipologia di valvole miscelatrici è quella "a quattro vie". Il funzionamento è un po’ più complicato rispetto alle tre tipologie precedentemente citate, quindi lo illustreremo nella prossima sezione, dedicata agli schemi impiantistici di regolazione degli impianti di riscaldamento centralizzati. Ci limitiamo qui a riportare, in un’unica immagine, il simbolo di questo tipo di valvola ed alcuni di esempi di prodotti attualmente in commercio:




Le "scatolette" che si notano sopra a ciascun corpo valvola nelle fotografie riportate nelle figure precedenti (e che nei simboli impiantistici sono rappresentate con dei rettangoli) contengono i "servomotori", ossia dei motori elettrici che rendono possibile la regolazione delle valvole. Senza approfondire ulteriormente la questione, ci limitiamo a dire che l’attuatore vero e proprio non è solo il servomotore, ma l’intera valvola (costituita dal servomotore e dalle parti meccaniche che agiscono direttamente sul fluido termovettore). Di fatto, le stesse tipologie di valvole possono anche essere utilizzate con una regolazione manuale, laddove occorre: in questi casi il servomotore è assente, ma è assente pure tutta la catena di regolazione (regolatore compreso, naturalmente) in quanto la regolazione stessa è affidata all’intervento umano. Sembrerebbe trattarsi di valvole "inutili", ma in realtà sono più diffuse di quanto si possa credere: citiamo, come esempio, le valvole installate a bordo di un radiatore, mediante le quali si può realizzare una regolazione manuale della portata di fluido termovettore e di conseguenza del calore emesso dal radiatore stesso.

Un altro esempio di valvole manuali di regolazione l’abbiamo già incontrato sia nella sezione dedicata alla distribuzione, sia in quella dedicata ai sistemi di emissione: infatti, in entrambi i casi, analizzando com’è fatto un collettore, abbiamo evidenziato la presenza di flussostati per la regolazione delle portate di fluido termovettore.

Un esempio ancora più importante è quello delle valvole termostatiche, che negli ultimi anni, grazie all’evoluzione della Normativa, hanno assunto un’importanza sempre più crescente. Sostanzialmente, si tratta di valvole semi-automatiche che vengono installate a bordo dei radiatori al posto delle valvole manuali e che consentono una regolazione, anch’essa semi-automatica, che possiamo identificare come "di ambiente". La versione basilare prevede una ghiera graduata in base alla quale l’utente può impostare il setpoint desiderato per la temperatura ambiente; la valvola, normalmente funzionante in modo modulante, provvede in base al valore prescelto a regolare la portata di fluido termovettore e, di conseguenza, la quantità di calore che il radiatore immette nell’ambiente. Questa tipologia di valvole presenta la seguente classificazione:

  • Valvole termostatiche non preregolabili: assicurano il solo controllo della temperatura ambiente; costituiscono la versione base, da anni tradizionalmente utilizzata grazie al loro costo contenuto

  • Valvole termostatiche preregolabili: consentono sia il controllo della temperatura ambiente, sia la preregolazione della portata di fluido termovettore; consentono un rendimento di regolazione più elevato rispetto alle precedenti ma hanno un costo anch’esso più elevato

  • Valvole termostatiche dinamiche: si tratta della tipologia più evoluta, che consente anche il rendimento di regolazione maggiore; i costi sono più elevati rispetto alle precedenti tipologie, ma consentono non solo la regolazione della temperatura ambiente e la preregolazione della portata, ma anche quella della pressione differenziale a cui lavorano le prime due sezioni di regolazione


Per ulteriori e più specifici dettagli tecnici riguardanti le tre tipologie appena citate rimandiamo ai rifermenti bibliografici citati nell’apposita sezione.

Osserviamo anche che, oggigiorno, per ciascuna delle tre tipologie sono presenti versioni molto evolute, come ad esempio quelle dove la ghiera meccanica per il settaggio del setpoint di temperatura è sostituita da un piccolo dispositivo elettronico dotato anche di schermo a cristalli liquidi oppure quelle dove ciascuna valvola è dotata di un modulo di trasmissione wireless (solitamente Wi-Fi oppure Bluetooth): grazie a questo sistema l’utente, se lo desidera, può non solo mantenere monitorato il proprio impianto, ma anche, ad esempio, comandarlo a distanza (oggigiorno questo avviene, tipicamente, mediante una app installata su dispositivi mobili quali smartphone o tablet). Riportiamo nella figura seguente alcuni esempi commerciali di valvole termostatiche:


Sistemi di regolazione - Parte 3


Schemi di regolazione per impianti centralizzati
Gli schemi dei sistemi di regolazione di un impianto termico per il riscaldamento sono moltissimi: chi lo desidera, può consultare al riguardo i riferimenti bibliografici riportati nell’apposita sezione. Ciononostante, vogliamo ora, perlomeno, fornire gli schemi più diffusi, in modo da farsi un’idea delle caratteristiche di ciascuno.

Iniziamo con il dire che le tre regolazioni che abbiamo analizzato (climatica, di zona e di ambiente) possono essere presenti anche tutte assieme; ma ci sono certi casi dove ne è presente soltanto una ed altri dove ne possiamo trovare due. Sta al progettista termotecnico stabilire quante e quali tipologie di regolazione adottare, tenendo conto sia delle caratteristiche peculiari del sistema edificio-impianti, sia del rendimento di regolazione che si vuole ottenere sia, infine, del livello di comfort termoigrometrico che si desidera raggiungere.

Gli schemi che forniamo nel seguito sono da considerarsi semplificati e, dunque, "di principio". In particolare, per tutti valgono le seguenti osservazioni:

  • Pur essendo di fatto sempre presente, non riportiamo alcun sistema di regolazione e controllo del bruciatore della caldaia: tale sistema a volte è compreso nel dispositivo stesso, altre è esterno e va installato e tarato a parte, altre, ancora, viene compreso nella centralina climatica (se presente)

  • Non consideriamo alcun sistema di accumulo; come abbiamo visto, sistemi di questo tipo sono spesso presenti nelle centrali termiche e, di fatto, la loro gestione viene sempre coordinata con i sistemi di regolazione (il che può complicare le cose rispetto agli schemi che analizzeremo fra poco)
  • Non consideriamo l’eventuale presenza di alcun impianto a fonti energetiche rinnovabili, dato che questi complicano notevolmente il sistema di regolazione; per i dettagli, rimandiamo comunque alle apposite sezioni del presente sito web
  • In quasi tutti gli schemi che presentiamo sono presenti uno o due circolatori; sottolineiamo subito che spesso, nella realtà, i circolatori non si trovano nelle posizioni che indicheremo: sta ai progettisti termotecnici e/o ai produttori dei generatori di calore stabilire quali tipi di circolatori (o pompe) prevedere e dove essi devono essere collocati


Un primo, basilare, schema di regolazione è il seguente:




Esso prevede semplicemente l’utilizzo di un sensore per la temperatura degli ambienti interni (Ta) ed un regolatore di tipo termostatico (termostato, cronotermostato o cronotermostato programmabile), che esegue una regolazione di tipo ON-OFF sul circolatore installato sulla colonna di mandata dell’impianto termico. Uno schema di questo tipo non viene praticamente quasi mai utilizzato (anche se, in passato, era molto diffuso in quanto assai economico) perché presenta due grossi difetti:

La sonda di temperatura (spesso integrata nel regolatore) deve essere collocata in un punto sufficientemente rappresentativo dell’intero edificio e tale collocazione risulta quindi molto problematica, ad esempio, per un condominio o per un grosso capannone industriale
Come abbiamo avuto modo di osservare, la regolazione ON-OFF non solo è poco "precisa", ma impone a tutto il sistema di regolazione una dinamica molto lenta

La lentezza della risposta può non essere un problema per gli edifici che presentano un’elevata inerzia termica: in questi casi, infatti, il tempo di risposta dell’edificio alle brusche variazioni di temperatura è sicuramente maggiore del tempo di reazione dell’impianto ad una richiesta di variazione del calore erogato alle utenze da parte del regolatore.

Viceversa, se l’edificio è dotato di una bassa inerzia termica e/o se l’impianto termico è caratterizzato da una risposta lenta, tale schema non è adottabile e si passa quindi al seguente:




Rispetto al precedente, non vi è alcuna regolazione basata sulla temperatura degli ambienti interni e questa viene sostituita con una regolazione esclusivamente climatica, basata sulla contemporanea misura della temperatura esterna (Te) e di quella effettiva di mandata alle utenze (Tm); tali parametri vengono utilizzati da una centralina climatica, che regola il circolatore di mandata e/o una valvola miscelatrice a tre vie. Non è detto che il circolatore venga regolato, anzi: in molti casi, specie in impianti termici ormai "datati", il circolatore lavora semplicemente con una logica di "acceso o spento" e viene regolata soltanto la valvola miscelatrice.

Un sistema di questo tipo non è in grado di avvertire le accidentali variazioni di temperatura interna (Ta) dovuti agli apporti gratuiti di energia termica (irradiazione solare, ecc.), ma presenta una risposta dinamica più veloce ed una risposta di regime più precisa rispetto al caso precedente. Di contro, richiede un’accurata taratura della curva climatica, eseguita seguendo scrupolosamente le indicazioni fornite dal produttore del generatore di calore (che, ricordiamo, normalmente è lo stesso che fornisce anche la centralina climatica).

Un altro schema di regolazione, anch’esso basato esclusivamente sulla temperatura esterna (Te) e quindi di tipo climatico, prevede l’utilizzo di una valvola miscelatrice a quattro vie:




La temperatura esterna, rilevata mediante una sonda climatica, viene utilizzata dal regolatore (attraverso la curva climatica impostata e tarata) per stabilire la corretta temperatura di mandata del fluido termovettore da inviare alle utenze. La regolazione vera e propria avviene sia mediante il circolatore posto sul ritorno del generatore di calore (alle volte messo sulla mandata ed alle volte neppure regolato) e viene attuata, appunto, dalla valvola miscelatrice a quattro vie; come abbiamo anticipato, è opportuno soffermarsi un attimo sul comportamento di quest’ultima, seppur per sommi capi, per capirne meglio le fasi di funzionamento. Facciamo allora riferimento alla seguente figura, che illustra in modo molto semplificato queste fasi:




Compito della valvola miscelatrice a quattro vie è quello di regolare la portata di fluido termovettore (e, di conseguenza, la temperatura Tm) che dal circuito primario si immette in quello secondario, in funzione del segnale ricevuto dal regolatore. I possibili stati di funzionamento, rappresentati tutti e tre in figura, sono:

  • Valvola completamente aperta: tutto il fluido termovettore in uscita dal generatore di calore viene inviato alle utenze (stato "tutto aperto" oppure "ON")

  • Valvola in miscelazione: essa lavora sia sul circuito primario sia su quello secondario, miscelando il fluido termovettore contenuto nei due circuiti e consentendo quindi una modulazione della potenza fornita alle utenze, la quale risulta compresa fra zero (caso successivo) ed il 100% della potenza nominale del generatore di calore (caso precedente); si osservi che in figura è stato rappresentato il caso intermedio (valvola in miscelazione con un’apertura al 50%)
  • Valvola in deviazione: tutto il fluido termovettore in uscita dal generatore di calore viene reimmesso nello stesso, senza che alcuna energia termica venga fornita alle utenze; corrisponde quindi allo stato "tutto chiuso" (oppure "OFF")


Schemi di questo tipo venivano molto utilizzati in passato senza installare il circolatore sul ritorno del generatore di calore perché si riteneva che le valvole miscelatrici a quattro vie garantissero, in qualsiasi condizione di lavoro (ON, modulazione oppure OFF), circolazioni di fluido termovettore nel generatore di calore sufficienti ad impedire tutti gli inconvenienti dovuti alle temperature di ritorno ed alle portate troppo basse e pertanto, utilizzando questi schemi, non veniva adottato alcun accorgimento per prevenire tali inconvenienti. Questo, negli anni, si è però dimostrato non del tutto vero in quanto non solo tutto ciò dipende dal tipo di valvola installata e dalla sua corretta posa in opera, ma anche dalla differenza di quota fra la tubazione di ritorno del generatore di calore e la valvola a quattro vie (che, normalmente, deve essere pari ad almeno 3 metri; in caso contrario, l’installazione del circolatore è praticamente d’obbligo).

Un’evoluzione dello schema precedente è rappresentata dall’adozione di una valvola deviatrice, mediante la quale si realizza, anche in questo caso, una regolazione di tipo climatico. A differenza del caso precedente, la regolazione della potenza termica fornita alle utenze non avviene più mediante la modulazione della temperatura di mandata (Tm) alle stesse, bensì variando direttamente la portata del fluido termovettore.

Il circolatore posto sulla mandata del generatore di calore funziona normalmente a portata costante e quindi non è regolato; ciononostante esso presenta comunque un collegamento elettrico con la centralina climatica, la quale può quindi monitorarne il corretto funzionamento. Il fluido termovettore viene spinto dal circolatore verso la valvola, la quale consente il funzionamento in stato ON, OFF oppure in modulazione. Lo schema si presenta in questo modo:





Schemi di regolazione per impianti autonomi
Anche per gli impianti autonomi di riscaldamento presentiamo alcuni tipici schemi di regolazione, per i quali valgono tutte le premesse e precisazioni che abbiamo fatto per gli schemi dedicati agli impianti centralizzati.

Un primo schema di regolazione è il seguente:



Esso è basato su una regolazione non climatica di tipo ON-OFF e quindi presenta gli stessi problemi che abbiamo già posto in evidenza per il suo analogo dedicato agli impianti centralizzati. Da osservare che il circolatore potrebbe non essere presente perché già posto all’interno del generatore di calore. Inoltre, normalmente, uno schema di questo tipo è utilizzato per piccoli edifici, dove, a differenza di quanto osservato per l’analogo caso con impianti centralizzati, può risultare molto più agevole installare il termostato o il cronotermostato in un punto sufficientemente rappresentativo.

Un’evoluzione dello schema precedente è quello che sfrutta come attuatore una valvola miscelatrice a tre vie. In questo caso, la regolazione può essere solo di tipo ambiente o di zona (presenza della sola sonda che rileva la temperatura ambiente Ta), oppure solo di tipo climatico (presenza della sola sonda climatica per il rilievo della temperatura esterna Te) oppure essa può prevedere la contemporanea presenza dei due tipi di regolazione: in questo caso si parla di "regolazione di ambiente (o di zona) con compensazione climatica". L’ultimo caso è quello che presenta non solo il più alto rendimento di regolazione, ma è anche quello mediante il quale si è in grado di assicurare il miglior confort termoigrometrico per gli occupanti.

Presentiamo, di seguito, i tre diversi schemi di regolazione appena descritti e commentati:








Valori tipici dei rendimenti di regolazione
Così come abbiamo fatto in precedenza per gli altri sottosistemi che costituiscono un impianto termico di riscaldamento, anche per i sistemi di regolazione forniamo i valori tipici del rendimento ηR, prelevandoli direttamente dal prospetto 20 della Norma UNI-TS 11300-2:


Gestione e manutenzione


Il responsabile dell’impianto

In linea generale, il responsabile di un impianto di riscaldamento è il proprietario dell’impianto e quindi:

  • È il responsabile dell’esercizio, della manutenzione ordinaria e straordinaria e delle verifiche di efficienza energetica dell’impianto

  • Risponde innanzi alla Legge di ogni eventuale inadempienza


All’individuazione del responsabile come proprietario fanno eccezione i seguenti casi:

  • Per appartamenti (o interi edifici) in locazione, il responsabile è l’inquilino

  • Per le caldaie centralizzate condominiali il responsabile è l’amministratore di condominio

  • Per edifici di proprietà di soggetti che non sono persone fisiche il proprietario è l’amministratore delegato della società proprietaria


Le figure citate possono, se lo desiderano, nominare ufficialmente un "terzo responsabile", che generalmente è una figura tecnica di un’impresa specializzata nell’installazione e manutenzione di impianti termici. Il terzo responsabile sostituisce in tutto e per tutto il proprietario dell’impianto. Da evidenziare che la nomina di un terzo responsabile non è possibile nel caso di singole unità immobiliari residenziali in cui il generatore non risulti installato in un locale appositamente dedicato a tale scopo (la centrale termica di cui abbiamo già trattato).


Il libretto di impianto
È un documento formale e molto importante (leggasi: evitare di considerarlo come il "solito pezzo di carta inutile"…), che costituisce, di fatto, una vera e propria "carta di identità" dell’impianto ma anche un modo per registrare, durante tutta la vita dello stesso, gli interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria eseguiti, gli esiti delle verifiche di efficienza energetica, ecc. In esso devono inoltre essere registrate tutte le eventuali modifiche apportate, negli anni, all’impianto.

L’attuale libretto di impianto deve corrispondere al modello riportato nell’allegato I del Decreto del Ministero dello Sviluppo Economico 10 febbraio 2014 ("Modelli di libretto di impianto per la climatizzazione e di rapporto di efficienza energetica di cui al D.P.R. n. 74/2013, che è possibile scaricare qui. Tale modello sostituisce i precedenti modelli, che erano denominati "Libretto di caldaia" per gli impianti con potenza al focolare fino a 35 kW e "Libretto di impianto" per gli impianti di potenza superiore.


La manutenzione ordinaria
La Normativa prescrive che ogni impianto termico debba essere sottoposto a controlli periodici in modo da garantirne la massima sicurezza e la massima efficienza energetica in condizioni di esercizio. La manutenzione ordinaria è quell’insieme di operazioni necessarie per espletare tali incombenze in modo tecnicamente corretto.

Ogni produttore di ciascuno dei dispositivi e componenti che formano l’impianto ha l’obbligo, all’interno della documentazione tecnica a corredo, di specificare sia le tempistiche di manutenzione (ivi comprese eventuali sostituzioni) sia le operazioni concretamente da compiere.

Il manutentore incaricato ha l’obbligo, al termine di ciascuna manutenzione, di rilasciare un apposito report dove vengono descritte le operazioni eseguite e gli eventuali pezzi sostituiti e di compilare le relative parti contenute nel libretto di impianto.

Da specificare che gli interventi di manutenzione ordinaria non necessariamente coincidono con i controlli di efficienza energetica, che descriviamo nella prossima sezione.


I controlli di efficienza energetica
Per quanto riguarda gli impianti di riscaldamento, sono soggetti ai controlli di efficienza energetica tutti quegli impianti con potenza termica utile nominale:


Da specificare che, nel caso di più generatori di calore, tale limite è inteso come somma delle potenze termiche utili di ciascun generatore. Unica eccezione è costituita dal caso di generatori termici indipendenti fra di loro (ad esempio, utilizzo di una caldaia a gas metano per il solo riscaldamento e di un’altra caldaia a gas metano per la sola produzione di acqua calda sanitaria).

I controlli di efficienza energetica sono obbligatori:

  • Nel momento di prima messa in servizio dell’impianto, a cura della ditta installatrice ed in concomitanza con il collaudo dello stesso

  • Nel caso di sostituzione del generatore di calore e/o di uno o più apparecchi che fanno parte del sottosistema di generazione (ad esempio, un circolatore esterno ad una caldaia a basamento condominiale)

  • Ogniqualvolta all’impianto vengano apportate modifiche tali da variarne, anche in piccola parte, l’efficienza energetica complessiva


I controlli di efficienza energetica devono inoltre essere eseguiti con una precisa tempistica, indicata dalla Normativa e riassumibile con la seguente tabella:



Durante i controlli di efficienza energetica, una parte fondamentale è rappresentata dalla cosiddetta "prova fumi", ossia da una verifica strumentale dei prodotti della combustione e delle temperature dei fumi evacuati. Nella figura seguente mostriamo due esempi di strumentazione utilizzabile per eseguire una prova fumi conforme alla Normativa vigente:



Nella figura qui sotto riportiamo inoltre un esempio di report prodotto da uno strumento utilizzato per seguire una prova fumi; fra tutti i parametri riportati, ne abbiamo evidenziati due che abbiamo trattato in precedenza, ossia il rendimento termico utile
(ηtu) e le perdite al camino (Pca). Per quanto riguarda queste ultime, è da notare che, per come viene condotta la prova fumi, esse sono da intendersi "a bruciatore acceso". Inoltre si nota come esse vengano espresse non in termini assoluti, ma in percentuale rispetto alla potenza nominale (ossia alla potenza termica utile) dichiarata dal costruttore del generatore di calore.



Al termine di ciascun controllo, il tecnico incaricato deve redigere un opportuno "Rapporto di controllo di efficienza energetica", che deve corrispondere ad uno dei modelli riportati negli allegati da II a IV del D.M. 10 febbraio 2014 e deve essere compilato in base a quanto indicato nelle "Note per la compilazione", anch’esse allegate al citato Decreto. Tale rapporto viene redatto in tre copie, di cui:

  • Una copia viene trattenuta dallo stesso tecnico, per il quale vige l’obbligo di archiviazione

  • Una copia viene consegnata al responsabile dell’impianto, il quale ha l’obbligo di allegarla al libretto di impianto

  • Una copia viene inviata dal tecnico all’Autorità Competente per le ispezioni



La gestione degli impianti

Gestire correttamente un impianto termico di riscaldamento significa aver cura che esso funzioni nel modo tecnicamente migliore e con la più alta efficienza energetica possibile. Nella sezione "Efficienza energetica domestica" illustriamo alcuni accorgimenti utili a diminuire i consumi di energia primaria necessari per il funzionamento di un sistema edificio-impianto (quindi anche dell’impianto di riscaldamento), di cui molti, di fatto, risultano validi anche in un contesto terziario o industriale. In aggiunta a ciò, la Normativa pone alcuni limiti ben circonstanziati all’utilizzo degli impianti, di modo da "costringere" gli utenti ad un livello "minimo" di efficienza.

Un primo vincolo, già imposto dal D.P.R. 412/1993 ed attualmente indicato dal D.P.R. 74/2013, riguarda i periodi mensili e giornalieri durante i quali è possibile mantenere l’impianto acceso. In particolare, l’Italia viene suddivisa in sei distinte zone climatiche, per ciascuna delle quali sono imposti i seguenti limiti:



A parte la zona climatica F, senza alcun limite imposto, per le altre zone le ore giornaliere di accensione si intendono distribuite nella fascia oraria che va dalle 5:00 alle 23:00.

Durante il funzionamento dell'impianto di climatizzazione invernale, la media ponderata delle temperature dell'aria, misurate nei singoli ambienti riscaldati di ciascuna unità immobiliare, non deve superare:

  • 18°C + 2°C di tolleranza per gli edifici adibiti ad attività industriali, artigianali ed assimilabili

  • 20°C + 2°C di tolleranza per tutti gli altri edifici


In deroga a quanto previsto dalla Normativa vigente, i Sindaci, con propria ordinanza, possono ampliare o ridurre, a fronte di comprovate esigenze, i periodi annuali di esercizio e la durata giornaliera di attivazione degli impianti termici, nonché stabilire riduzioni di temperatura ambiente massima consentita sia nei centri abitati sia nei singoli immobili.

Per gli edifici adibiti ad attività industriali, artigianali e assimilabili, le autorità comunali possono concedere deroghe ai limiti di temperatura dell'aria negli ambienti, qualora si verifichi almeno una delle seguenti condizioni:

  • Le esigenze tecnologiche o di produzione richiedano temperature diverse dai valori limite

  • L'energia termica per la climatizzazione estiva e invernale degli ambienti derivi da sorgenti di calore non convenientemente utilizzabili in altro modo


I limiti indicati non si applicano:

  • Agli edifici adibiti a ospedali, cliniche o case di cura e assimilabili ivi compresi quelli adibiti a ricovero o cura di minori o anziani, nonché alle strutture protette per l'assistenza ed il recupero dei tossico-dipendenti e di altri soggetti affidati a servizi sociali pubblici

  • Alle sedi delle rappresentanze diplomatiche e di organizzazioni internazionali, che non siano ubicate in stabili condominiali

  • Agli edifici adibiti a scuole materne e asili nido

  • Agli edifici adibiti a piscine, saune e assimilabili

  • Agli edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali e assimilabili, nei casi in cui ostino esigenze tecnologiche o di produzione


Inoltre, i limiti sopra indicati non si applicano nei seguenti casi:

  • Edifici adibiti a uffici e assimilabili, nonché edifici adibiti ad attività commerciali e assimilabili, limitatamente alle parti adibite a servizi senza interruzione giornaliera delle attività

  • Impianti termici che utilizzano calore proveniente da centrali di cogenerazione con produzione combinata di elettricità e calore

  • Impianti termici che utilizzano sistemi di riscaldamento di tipo a pannelli radianti incassati nell'opera muraria
  • Impianti termici al servizio di uno o più edifici dotati di circuito primario, volti esclusivamente ad alimentare gli edifici di cui alle deroghe che abbiamo indicato poco sopra, per la produzione di acqua calda per usi igienici e sanitari, nonché al fine di mantenere la temperatura dell'acqua nel circuito primario al valore necessario a garantire il funzionamento dei circuiti secondari nei tempi previsti
  • Impianti termici al servizio di più unità immobiliari residenziali e assimilate dotati di gruppo termoregolatore pilotato da una sonda di rilevamento della temperatura esterna con programmatore che consenta la regolazione almeno su due livelli della temperatura ambiente nell'arco delle 24 ore; questi impianti possono essere condotti in esercizio continuo purché il programmatore giornaliero venga tarato e sigillato per il raggiungimento di una temperatura degli ambienti pari a 16°C + 2°C di tolleranza nelle ore al di fuori della durata giornaliera di attivazione che abbiamo indicato in precedenza
  • Impianti termici al servizio di più unità immobiliari residenziali e assimilate nei quali sia installato e funzionante, in ogni singola unità immobiliare, un sistema di contabilizzazione del calore e un sistema di termoregolazione della temperatura ambiente dell'unità immobiliare stessa dotato di un programmatore che consenta la regolazione almeno su due livelli di detta temperatura nell'arco delle 24 ore
  • Impianti termici per singole unità immobiliari residenziali e assimilate dotati di un sistema di termoregolazione della temperatura ambiente con programmatore giornaliero che consenta la regolazione di detta temperatura almeno su due livelli nell'arco delle 24 ore nonché lo spegnimento del generatore di calore sulla base delle necessità dell'utente
  • Impianti termici condotti mediante "Contratti Servizio Energia", ove i corrispettivi sono correlati al raggiungimento del comfort ambientale nei limiti consentiti dalla Normativa, purché si provveda, durante le ore al di fuori della durata di attivazione degli impianti, ad attenuare la potenza erogata dall'impianto


Si sottolinea come sia fondamentale conoscere bene queste eccezioni e deroghe in quanto, spesso, esse costituiscono motivo di discussione e, in casi estremi, di contenzioso, soprattutto nei contesti condominiali.

Contabilizzazione del calore

Anche se può sembrare una cosa del tutto ovvia e scontata, riscaldare un edificio… costa denaro. I costi sono dovuti:

  • Alla progettazione, all’acquisto ed all’installazione dell’impianto di riscaldamento

  • Alla gestione dell’impianto termico, ossia alle spese sostenute per acquistare il vettore energetico (o i vettori energetici) necessario al funzionamento del sistema

  • Alla manutenzione ordinaria e straordinaria dell’impianto


Per quanto riguarda i costi di gestione, essi sono quelli più noti e, di fatto, sono quelli che possono essere maggiormente tenuti sotto controllo nell’ambito degli impianti di riscaldamento autonomi. La cosa può diventare molto più complicata nel caso degli impianti centralizzati (come, tipicamente, sono ad esempio gli impianti condominiali) in quanto non è detto che i proprietari di ciascuna unità abitativa siano in condizione di conoscere esattamente i consumi energetici relativi al proprio appartamento.

Fino a pochi anni fa, il calore utilizzato dalle singole unità veniva contabilizzato in modo qualitativo, utilizzando un sistema basato sui "millesimi di riscaldamento"; in pratica, già durante la fase di progetto esecutivo di un edificio condominiale, fatta 1000 l’intera spesa annuale per l’impianto di riscaldamento condominiale, ad un tecnico competente in materia veniva affidato l’incarico di calcolare "esattamente" quanto ciascuno degli appartamenti avrebbe consumato durante un anno, esprimendo ogni consumo previsto rispetto al totale (ossia, appunto, in millesimi). Le assemblee condominiali erano poi libere di stabilire se ripartire la spesa complessiva (gestione e manutenzione dell’impianto) tutta in base a questi millesimi oppure se definire una quota costante, uguale per tutti gli appartamenti, e suddividere poi il rimanente, sempre in proporzione ai millesimi.

Evidentemente, un sistema di questo tipo presentava l’indiscutibile vantaggio della semplicità di calcolo, specie per gli amministratori di condominio: una volta deliberata dall’assemblea condominiale la strategia da seguire ed una volta noti i millesimi, la suddivisione risultava semplice ed immediata e le quote annuali dipendevano soltanto dai consumi dell’intero condominio (costi di gestione) e da quanto e come veniva effettuata la manutenzione ordinaria. Questa, assieme ad eventuali eventi che causavano delle manutenzioni straordinarie, concorreva alla definizione dei costi di manutenzione complessivi.

Di contro, i comportamenti dei singoli condomini, pur impattando sulle spese complessive, andavano a distribuirsi su tutte le unità abitative; in questo modo, nessuno era invogliato ad adottare comportamenti ed accorgimenti tesi al risparmio energetico. In pratica, la maggior parte delle volte si ragionava secondo la più classica delle convinzioni, secondo la quale «Questa cosa (l’impianto di riscaldamento) è di tutti, quindi è di nessuno». Un approccio di questo tipo è sempre risultato controproducente per qualsiasi condominio perché se nessuno fa nulla per diminuire la propria spesa energetica, allora – alla faccia della precedente convinzione! – è evidente che le spese generali non scenderanno mai, né per l’intero condominio né, di conseguenza, per i singoli appartamenti. E non dimentichiamo poi che, nonostante quanto abbiamo sopra affermato, l’argomento "spese per il riscaldamento" è sempre stato quello di maggiore ed accesa discussione durante le assemblee condominiali (se non vi siete mai trovati in una situazione del genere e non ci credete, provate pure a chiedere ad un qualsiasi amministratore di condominio, in attività da almeno 5 anni…).

Per ovviare a tutto questo e per rendere più razionale l’utilizzo di energia primaria per il riscaldamento degli edifici dotati di impianti centralizzat
i, è possibile adottare una strategia cha favorisca il più possibile l’installazione di impianti termici autonomi anche nei contesti condominiali. Il vantaggio è sicuramente quello di una maggior responsabilizzazione dei singoli proprietari, ma è anche evidente che tale strategia non costituisce certo "l’arma vincente": con essa, infatti, anche se è vero che nella maggior parte dei casi i costi di gestione vengono abbattuti (perché, tendenzialmente, ciascuno sta sempre più attento a risparmiare con le "proprie cose" che con i "beni comuni"), è altrettanto vero che quelli di manutenzione risultano più alti. Banalmente, ad esempio, per ciascun proprietario costa meno un controllo periodico eseguito su una singola caldaia che serve un condominio di (ad esempio) 12 appartamenti piuttosto che 12 singoli controlli periodici. Altro fatto innegabile è che un impianto centralizzato, ben progettato e realizzato e con un generatore di calore ad alta efficienza, presenta un rendimento complessivo molto più elevato rispetto a quelli presentati singolarmente da un certo numero di impianti autonomi, dotati delle medesime caratteristiche, installati presso lo stesso edificio.

Negli ultimi 30 anni, l’Unione Europea (e con essa l’Italia) ha avuto fasi alterne in tal senso: durante alcuni periodi la Normativa fu tesa ad incentivare l’installazione di impianti autonomi, durante altri, invece, rafforzò l’incentivo all’installazione di quelli centralizzati.

In Italia, ad esempio, già con la L. 10 del 9 Gennaio 1991 i Legislatori tentarono di favorire l’installazione di sistemi di riscaldamento centralizzati, introducendo contemporaneamente il concetto della ripartizione delle spese secondo il principio dei consumi effettivamente registrati. Verso la fine degli anni ’90 del secolo scorso ci fu invece una fase di incentivazione per gli impianti autonomi, per poi tornare finalmente (e, speriamo, in via definitiva…), con il D.Lgs. 102/2014, a porre l’attenzione sugli impianti centralizzati.

Tale Decreto, recependo la Direttiva 2012/27/UE sull’efficienza energetica, fra le altre cose ha stabilito che entro il 31 dicembre 2016 ogni impianto centralizzato di riscaldamento debba essere dotato di un sistema di contabilizzazione del calore effettivo, sul quale basare la suddivisione delle relative spese. Successivamente, con il D.L. 244/2016, il termine ultimo venne definitivamente spostato al 30 Giugno 2017.

Ma c’è di più. Un impianto centralizzato e dotato di un sistema di contabilizzazione del calore è in grado di unire i vantaggi di tale schema di distribuzione (diminuzione in scala dei costi di manutenzione, ecc.) con quelli dell’autonomia di ciascun appartamento, ossia la diminuzione dei costi di gestione. Però quest’ultimo vantaggio ha senso se e solo se ciascun proprietario è messo in grado di agire autonomamente (appunto…) sulla propria parte di impianto, senza creare problemi all’intero sistema di riscaldamento condominiale ma regolando quello dell’appartamento in modo da garantirsi un adeguato comfort termoigrometrico ma anche, contemporaneamente e se lo desidera, in modo da diminuire i propri consumi energetici.

Se questo è semplice nel caso di impianti di nuova installazione (facile: basta progettarli adeguatamente…), spesso risulta molto più complicato per gli impianti esistenti, specie se molto datati. Ecco quindi che il D.Lgs. 102/2014 ha introdotto non solo, come visto, l’obbligo di contabilizzazione del calore, ma anche quello dell’installazione contemporanea di dispositivi atti a consentire una regolazione la più possibile autonoma delle singole unità abitative (seguendo quanto abitualmente in Normativa, si parla di solito di "termoregolazione" anziché semplicemente di "regolazione"). In sostanza, dal 30 giugno 2017 in tutta l’Italia è obbligatorio, per qualsiasi impianto centralizzato nuovo o già esistente, l’installazione contemporanea di sistemi atti alla contabilizzazione del calore ed alla regolazione.

Questa netta "presa di posizione normativa" ha, come solito, causato un proliferare sul mercato di dispositivi che dovrebbero consentire, in piena conformità a quanto previsto dalla Normativa stessa, la contabilizzazione e la regolazione. Purtroppo non sempre questo risulta vero e si rischia quindi di spendere non poco denaro per acquistare ed installare dei dispositivi che si rivelano poi delle vere e proprie "bufale tecniche".

La scelta del sistema di contabilizzazione del calore dipende non solo dalle disponibilità finanziarie di chi ne necessita, ma, dal punto di vista tecnico, anche dall’architettura dell’intero sistema di riscaldamento centralizzato. Principalmente dal sistema di distribuzione, ma anche quelli di emissione e generazione incidono notevolmente sulla/e scelta/e effettuabile/i. La contabilizzazione del calore può inoltre essere di due tipi: diretta oppure indiretta.

La contabilizzazione diretta richiede l’utilizzo di appositi dispositivi di misura dell’energia termica prelevata dall’impianto centralizzato per riscaldare i singoli appartamenti: si parla in questo caso di "consumi volontari". Questo tipo di contabilizzazione è applicabile soltanto per impianti di riscaldamento centralizzati a distribuzione orizzontale (di qualsiasi tipologia: dal basso, a pioggia o con collettori) e può essere sfruttata con qualsiasi sistema di emissione, con l’unica limitazione che i salti termici e le portate del fluido termovettore relativi a ciascuna unità immobiliare risultino compatibili con i parametri ammessi per i dispositivi di misura, così come dichiarati dai produttori degli stessi.

La contabilizzazione indiretta si applica invece agli impianti di riscaldamento centralizzati con distribuzione verticale, di qualsiasi tipologia (dal basso oppure a pioggia). Non essendo possibile misurare direttamente l’energia termica utilizzata da ogni singolo appartamento in quanto non esiste un unico punto di allacciamento di questo all’impianto condominiale, su ogni corpo scaldante deve essere installato un dispositivo denominato "ripartitore di calore". Esso rileva il calore emesso e, mediante la conoscenza dei parametri tecnici dell’emettitore e della sua potenza termica, calcola il consumo di energia termica primaria prelevata dall’impianto centralizzato. Noti i consumi di ogni singolo emettitore di un appartamento, viene poi fatta la somma di tutti per ottenere il consumo complessivo. Questo tipo di contabilizzazione è utilizzabile per qualsiasi tipologia di emettitore, anche se non predisposto per accogliere il sistema indiretto. Naturalmente è quasi superfluo specificare che se l’emettitore è un sistema radiante (pavimento, soffitto o parete) non serve la contabilizzazione indiretta in quanto la presenza dei collettori di zona assicura la contemporanea possibilità di installazione di un sistema di contabilizzazione diretta.

In entrambi i casi si effettua la ripartizione delle spese condominiali per il riscaldamento procedendo con due distinti calcoli:

  • Una prima quota, minima rispetto alla seconda, viene definita dall’assemblea condominiale e risulta uguale per tutti i condomini; essa viene pagata a compensazione non solo dei costi di manutenzione, ma anche delle dispersioni di calore dei tratti comuni dell’impianto centralizzato (detti "consumi involontari")

  • Una seconda quota viene pagata proporzionalmente ai consumi contabilizzati (detti "consumi volontari")


In ogni caso, la procedura di ripartizione delle spese condominiali deve essere effettuata secondo la Norma tecnica UNI 10200:2015, "Impianti termici centralizzati di climatizzazione invernale e produzione di acqua calda sanitaria - Criteri di ripartizione delle spese di climatizzazione invernale ed acqua calda sanitaria". In realtà l’argomento è ben più complesso di quello che può all’apparenza sembrare e, per questo motivo, deve essere sempre affidato ad un tecnico competente in materia, che collaborerà con l’amministratore di condominio per poi proporre all’assemblea condominiale il particolare algoritmo di calcolo definito per il condominio stesso. Teniamo infatti conto che, oltre alla Norma già citata, la ripartizione delle spese e la progettazione ed installazione del sistema di contabilizzazione del calore devono sottostare anche ad almeno le seguenti Norme tecniche:

  • UNI EN 834:2013, "Ripartitori dei costi di riscaldamento per la determinazione del consumo dei radiatori – Apparecchiature ad alimentazione elettrica"

  • UNI EN 1434-1:2016, "Contatori di calore - Parte 1: Requisiti generali"

  • UNI EN 1434-2:2016, "Contatori di calore - Parte 2: Requisiti costruttivi"

  • UNI EN 1434-4:2016, "Contatori di calore - Parte 4: Prove per l'approvazione del modello"

  • UNI EN 1434-5:2016, "Contatori di calore - Parte 5 : Prove per la verifica prima"

  • UNI EN 1434-6:2016, "Contatori di calore - Parte 6: Installazione, messa in servizio, controllo e manutenzione"

  • UNI 9019:2013, "Sistemi di contabilizzazione indiretta basati sul totalizzatore di zona termica e/o unità immobiliare per il calcolo dell'energia termica utile tramite i tempi di inserzione del corpo scaldante compensati dai gradi-giorno dell'unità immobiliare"

  • UNI EN 835:1998, "Ripartitori dei costi di riscaldamento per la determinazione del consumo dei radiatori   Apparecchiature basate sul principio di evaporazione, senza l'ausilio di energia elettrica"

  • UNI 10200:2018, “Impianti termici centralizzati di climatizzazione invernale, estiva e produzione di acqua calda sanitaria – Criteri di ripartizione delle spese di climatizzazione invernale, estiva e produzione di acqua calda sanitaria”


Anche soltanto da questa lista di Norme è chiaro e confermato che l’argomento risulta molto complesso. Seguendo, come solito, la filosofia del presente sito web, non ci addentriamo nei vari aspetti né approfondiamo ulteriormente l’argomento; gli interessati possono comunque consultare i riferimenti bibliografici riportati nell’apposita sezione.

Riportiamo di seguito alcuni esempi commerciali di contabilizzatori indiretti di calore:



Per quanto riguarda i contabilizzatori diretti, il mercato risulta molto più vario ed "interessante". Poiché, come già detto, negli ultimi anni la contabilizzazione del calore è ormai divenuta obbligatoria, i diversi produttori hanno saputo "aggredire" questo mercato con gamme di prodotti che non si limitano ai soli contabilizzatori per il riscaldamento, ma che spesso inglobano anche i misuratori di acqua calda sanitaria ed acqua fredda sanitaria ed eventualmente anche le valvole di regolazione generale per i singoli appartamenti (valvole di zona): si è soliti, in questo caso, chiamare "satelliti" i gruppi di lettura riferiti a ciascuna unità abitativa.

Normalmente i satelliti sono installati in appositi armadi, costruiti presso i luoghi comuni del condominio (androni scale, ecc.). I sistemi più evoluti sono dotati di una centralina di gestione delle utenze, di un aggregatore dei dati misurati e di una centralina dotata di modem, la quale consente sia all’amministratore di condominio che ai singoli condomini la telelettura dei consumi, ad esempio mediante un apposito portale web e/o una app per smartphone. Ecco un esempio di un sistema di questo tipo:



Quanto ai contabilizzatori diretti veri e propri, sul mercato sono disponibili moltissimi prodotti basati su differenti tecnologie di misura (entalpica, ad ultrasuoni, ecc.); ne riportiamo alcuni esempi nella seguente figura:



Anche se l’argomento è non poco "tecnico", è opportuno fornire qualche dettaglio di massima sulle modalità di funzionamento e lettura dei contabilizzatori diretti più diffusi, ossia quelli di tipo entalpico. Nella figura seguente riportiamo, basandoci su un prodotto attualmente in commercio, le componenti principali dei contabilizzatori di questo tipo:



Per eseguire la lettura, riferita ad un determinato intervallo di tempo, dell’energia termica transitante attraverso il contabilizzatore (e quindi consumata dall’utenza) sono contemporaneamente necessarie due misure. La prima è quella della portata di fluido termovettore transitata nel medesimo intervallo, la seconda è quella del salto termico, ossia della differenza fra la temperatura di mandata e quella di ritorno. La prima misura viene effettuata mediante un flussimetro, la seconda mediante una coppia di sonde termiche. I tre dati vengono poi elaborati da un’apposita centralina, che calcola l’energia termica e, solitamente, non solo la memorizza e la mostra su un display, ma è anche in grado di inviare il risultato ad un sistema di aggregazione dei dati (se presente).

Il calcolo viene effettuato in base alla seguente formula:



nella quale compaiono le seguenti grandezze:



Da notare che, a parte l’intervallo di tempo (che avremmo dovuto esprimere in secondi), tutte le grandezze sono state indicate con le relative unità di misura del Sistema Internazionale; la presenza del coefficiente numerico 0,00027 nella formula fa in modo che l’energia misurata venga direttamente espressa nell’unità pratica "chilowattora" (anziché "joule", come vorrebbe invece il Sistema Internazionale).

Riferimenti bibliografici
  • N. Rossi, "Manuale del termotecnico", Hoepli, Milano, 2014

  • G. Golino, G. F. Liparoti, "Impianti termotecnici", Hoepli, Milano, 2012

  • Taddei, "La progettazione di centrali termiche a metano e GPL", Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna (RN), 2012

  • AccaSoftware, "Contabilizzazione del calore e termoregolazione", guide Biblius-Net, novembre 2015

  • ENEA, "La climatizzazione degli ambienti: guida per l’esercizio, controllo e manutenzione degli impianti termici", novembre 2015

  • M. Doninelli, "I circuiti e i terminali degli impianti di climatizzazione", Quaderni Tecnici Caleffi

  • M. Doninelli, "Gli impianti a pavimenti radianti", Quaderni Tecnici Caleffi

  • M. Doninelli, "Gli impianti a collettori", Quaderni Tecnici Caleffi

  • M. Doninelli, "Le reti di distribuzione", Quaderni Tecnici Caleffi

  • "La termoregolazione dell'impianto di riscaldamento", rivista "Idraulica" n. 2, Caleffi S.p.A.

  • "Gli impianti con valvole termostatiche", rivista "Idraulica" n. 6, Caleffi S.p.A.

  • "Regolazione termica degli edifici", rivista "Idraulica" n. 7, Caleffi S.p.A.

  • "Impianti a pannelli radianti (regolazione e distribuzione)", rivista "Idraulica" n. 9, Caleffi S.p.A.

  • "Le centrali termiche", rivista "Idraulica" n. 17, Caleffi S.p.A.

  • "Gli impianti autonomi", rivista "Idraulica" n. 20, Caleffi S.p.A.

  • "Gli impianti centralizzati", rivista "Idraulica" n. 22, Caleffi S.p.A.

  • "Riscaldamento individuale centralizzato", rivista "Idraulica" n. 26, Caleffi S.p.A.

  • "La regolazione degli impianti a pannelli", rivista "Idraulica" n. 27, Caleffi S.p.A.

  • "Le caldaie tradizionali e a condensazione", rivista "Idraulica" n. 35, Caleffi S.p.A.

  • "Impianti centralizzati autonomi a portata costante e variabile", rivista "Idraulica" n. 36, Caleffi S.p.A.

  • "Autonomia termica e ripartizione delle spese", rivista "Idraulica" n. 39, Caleffi S.p.A.

  • "Impianti centralizzati a portata variabile", rivista "Idraulica" n. 42, Caleffi S.p.A.

  • "Valvole di preregolazione per corpi scaldanti", rivista "Idraulica" n. 43, Caleffi S.p.A.

  • "Il bilanciamento degli impianti", rivista "Idraulica" n. 48, Caleffi S.p.A.

  • "Le pompe di circolazione", rivista "Idraulica" n. 53, Caleffi S.p.A.

 
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