Pubblicato il 12 luglio 2012

(formazione) Il punto della situazione sull’impiantistica

Non direi che, al momento, vi sia nel settore residenziale un panorama di stabilità delle soluzioni impiantistiche offerte; anzi, direi che siamo in presenza di una progressiva e interessante evoluzione della produzione industriale e del relativo mercato. In questi anni stanno emergendo i sistemi energetici integrati, sistemi che utilizzano più fonti di energia, rinnovabili e non, e che vengono forniti dai produttori in forma di package, competi di dispositivi di regolazione e controllo atti ad ottimizzare il funzionamento. Ci troviamo di fronte ad un impiantistica cha sta traslando da una logica progettuale di tipo monovettore – monoconvertitore ad una logica progettuale di tipo multi vettore-multiconvertitore. Questa evoluzione si rende oggi necessaria per il raggiungimento dell’obiettivi di realizzare edifici ad energia netta zero o quasi zero, in cui devono essere sfruttate le fonti energetiche rinnovabili, di per sé disponibili non continuativamente, con il supporto di sistemi si accumulo di energia termica o elettrica e di fonti energetiche non rinnovabili. Una volta caratterizzate le tipologie di domanda energetica (forme di energia, livelli termici, valori di picco ecc..) tipiche degli edifici residenziali, i sistemi energetici che garantiscono i servizi di cui necessita l’edificio e che oggi sono presenti sul mercato si possono classificare come:
-sistemi di produzione di energia termica per il riscaldamento e per la preparazione di acqua calda sanitaria;
-sistemi di produzione di energia termica per riscaldamento e preparazione di acqua calda sanitaria e la produzione di energia elettrica.
Assolutamente trascurabile è invece la presenza di soluzioni integrate per la rigenerazione.
Riscaldamento e acqua calda sanitaria
La più semplice soluzione integrata di questo tipo è rappresentata dalla consolidata tecnologia della caldaia murale a gas. Questa tecnologia ha subito negli anni numerosi avanzamenti riguardo alla tecnica della combustione e della condensazione: sono disponibili infatti caldaie a condensazione a gas modulanti tra il 25% ed il 100% del carico e caldaie a potenza molto limitata (fino a 4 kW) per essere utilizzate per il riscaldamento di edifici a bassissimo consumo (e produzione dell’acqua calda sanitaria tramite accumulo), caldaie adatte alla produzione di acqua calda sanitaria e acqua calda per riscaldamento a due livelli termici, dotate di allacciamenti per l’integrazione solare.
Sempre in questa tipologia ricadono i sistemi integrati basati su pompe di calore associate a impianti solari termici il cui generatore termico è una pompa di calore. In alcuni sistemi il circuito primario del solare termico è una pompa di calore. In alcuni sistemi il circuito primario del solare termico serve per il riscaldamento di un accumulatore del tipo “tank in tank”: l’acqua calda così prodotta viene inviata alla pompa di calore, per una eventuale integrazione termica, e di qui al circuito di riscaldamento; l’acqua calda sanitaria viene prelevata dal tank interno e passa in uno scambiatore termico per l’integrazione termica, anch’essa ad opera della pompa di calore.
Sono recentemente stati introdotti sul mercato anche generatori ibridi che riuniscono in un unico apparecchio una caldaia a condensazione ed una pompa di calore aria/acqua, per sfruttare i benefici di ciascuna tecnologia: a temperature esterne miti funziona la pompa di calore, ma al diminuire della temperatura esterna, col calare della potenza erogata dalla pompa di calore e dal relativo COP, viene attivata la caldaia conseguendo un incremento dell’efficienza energetica.

Riscaldamento, acqua calda sanitaria e acqua refrigerata
I più diffusi sistemi che garantiscono la produzione di acqua calda e acqua refrigerata per la climatizzazione sono basati sulla tecnologia della pompa di calore ad inversione di ciclo. Anche in questo caso le evoluzioni recenti hanno portato a macchine in grado di produrre, oltre all’acqua calda e refrigerata, anche l’acqua calda sanitaria ai livelli termici opportuni. L’acqua calda sanitaria si caratterizza per una richiesta pressoché costante durante tutto l’anno e perciò deve essere prodotta anche in funzionamento di macchina frigorifera; ciò avviene con recupero del calore di condensazione ed eventuale integrazione termica tramite resistenza elettrica. Sulle applicazioni di piccola taglia si stanno diffondendo anche sistemi a pompa di calore reversibile con recupero di calore adatti a funzionare a ciclo singolo e a ciclo combinato. Sulle applicazioni di taglia intermedia e grande è possibile prevedere la produzione dell’acqua calda/refrigerata attraverso pompa di calore reversibile e la produzione dell’acqua calda sanitaria attraverso una pompa di calore dedicata. E’ anche possibile prevedere la produzione dell’acqua calda/refrigerata e dell’acqua calda sanitaria attraverso sistemi a volume di refrigerante variabile. Nati per un utilizzo con terminali ad espansione diretta nell’aria ambiente, essi possono attualmente essere dotati di apparecchiature – sostanzialmente degli scambiatori di calore fluido refrigerante-acqua – che consentono di utilizzarli anche in impianti di tipo idronico. Sul circuito del refrigerante si possono associare in parallelo ai terminali ad espansione diretta unità che riscaldano/raffreddano l’acqua in un circuito idronico con relativa pompa di circolazione e un eventuale accumulo termico. 

Riscaldamento, acqua calda sanitaria ed energia elettrica
Ricadono in questa tipologia i sistemi di micro cogenerazione che, a livello residenziale, non hanno ancora trovato ampia diffusione, ma che comunque rappresentano un’interessante prospettiva di sviluppo. Quelli tradizionali basati su motori a combustione interna a gas possiedono necessariamente – data la taglia ridotta – rendimenti elettrici relativamente bassi, dal 20 al 30% e rendimenti termici tra il 60 ed il 70%. La loro fattibilità economica dipende dal corretto dimensionamento, dal tempo di funzionamento attuale e dalla tariffa praticata per l’energia immessa in rete. Potrebbero risultare interessanti in futuro anche i nuovi microcogeneratori a ciclo Stirling che molti produttori – specie di caldaie a gas – stanno lanciando per il residenziale domestico. Essi sono basati su motori a combustione esterna e presentano alcuni vantaggi, tra cui l’elevato rendimento del ciclo termodinamico, la silenziosità e la possibilità di modulazione fino al 20% del carico. Si possono installare all’interno delle abitazioni e nel design rispecchiano la tradizionale calda ietta a metano o un elettrodomestico da incasso. Le nuove tecnologie impiantistiche, con differenti matrici industriali, sono già disponibili sul mercato e rappresentano, in termini di efficienza e di uso razionale dell’energia, un interessante momento evolutivo.
Nell’edificio che tenderà sempre di più ad essere a energia zero o quasi zero l’impiantistica diventa sempre più raffinata, meno “muscolare”e più “intelligente”.
Per fornire intelligenza a tale impiantistica termo meccanica, più complessa di quella del passato, si riconosce come fondamentale e imprescindibile l’apporto dei dispositivi di monitoraggio, controllo e regolazione che informano gli utenti sui consumi energetici e gestiscono sia la domanda di energia sia, con automatismi conformi alle esigenze proprie della domanda e in un’ottica di ottimizzazione dell’efficienza, le macchine che producono i vettori energetici e i relativi accumuli. Di qui l’evoluzione di un altro importante settore merceologico: quello della domotica.

Pubblicato su Modulo 378/2012