L'aerotermo è un dispositivo progettato per riscaldare rapidamente ed efficacemente l'aria negli ambienti. Questa soluzione è comunemente utilizzata in capannoni industriali, magazzini, officine, locali commerciali, garage ed edifici agricoli. Nelle case o negli appartamenti - piuttosto no: certo, il riscaldamento ad aria con immissione di aria calda è una soluzione nota e utilizzata, ma qui parliamo di qualcosa di leggermente diverso, poiché gli aerotermi ad acqua sono una soluzione un po' diversa, più orientata all'uso industriale. A seconda della costruzione e della fonte di energia, possiamo distinguere aerotermi ad acqua, elettrici, a gas oppure a olio.
Una soluzione particolarmente interessante sono gli aerotermi ad acqua, che possono essere collegati all'impianto di riscaldamento centralizzato, alla caldaia, al puffer e, in un sistema opportunamente progettato, anche a una pompa di calore. Come funziona un aerotermo e quando conviene scegliere questo metodo di riscaldamento?
Il principio di funzionamento di un aerotermo è relativamente semplice. Il dispositivo preleva l'aria più fredda dall'ambiente, la riscalda e poi la reimmette all'interno dell'edificio tramite un ventilatore. La domanda riguardante il principio di funzionamento è però: come riscalda? oppure: cosa riscalda l'aria?
Nel caso di un aerotermo ad acqua, la cessione del calore è affidata a uno scambiatore di calore, attraverso il quale scorre l'acqua calda o tiepida proveniente dall'impianto di riscaldamento. Il ventilatore forza il passaggio dell'aria attraverso lo scambiatore, il che determina un intenso scambio termico tra l'acqua calda e l'aria. Si tratta del cosiddetto scambiatore acqua-aria, da non confondere con altri tipi di scambiatori di calore. In pratica l'aerotermo stesso è una sorta di scambiatore, in cui avviene lo scambio di calore tra acqua calda (eventualmente olio o glicole) e aria - il tutto potenziato da un ventilatore.
Lo schema può essere rappresentato in modo molto semplice:
A differenza dei tradizionali radiatori, l'aerotermo non si basa principalmente sulla convezione naturale. Il flusso d'aria forzato consente di distribuire il calore nell'ambiente molto più rapidamente.
Un tipico aerotermo ad acqua è composto principalmente da uno scambiatore di calore, un ventilatore, una struttura esterna e da elementi che consentono di orientare il flusso d'aria riscaldata nella direzione desiderata.
Lo scambiatore di calore è generalmente realizzato in tubi di rame dotati di alette in alluminio. Una costruzione di questo tipo consente di ottenere un'ampia superficie di scambio termico mantenendo dimensioni relativamente contenute del dispositivo.
Il ventilatore, invece, è responsabile del flusso d'aria. Maggiore è la sua efficienza, maggiore è la quantità d'aria che può essere fatta passare attraverso l'aerotermo in un determinato tempo - e di conseguenza - maggiori sono i volumi che un dato modello di aerotermo è in grado di riscaldare. La potenziale resa degli aerotermi ad acqua viene definita in termini di potenza, come per la maggior parte dei dispositivi di riscaldamento. Viene solitamente espressa in kW (kilowatt).
In pratica, quindi, sull'efficienza del dispositivo influiscono non solo la temperatura dell'acqua, ma anche la portata dell'acqua attraverso lo scambiatore, la temperatura dell'aria nell'ambiente e l'efficienza del ventilatore.
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Gli aerotermi si rivelano particolarmente efficaci in ambienti di grandi dimensioni, dove l'utilizzo di radiatori tradizionali sarebbe poco pratico oppure richiederebbe una superficie riscaldante molto estesa. Vengono subito in mente, ad esempio, i capannoni produttivi, ma anche le chiese.
Le applicazioni tipiche comprendono soprattutto:
Un grande vantaggio è la possibilità di innalzare la temperatura in modo relativamente rapido. Questo aspetto è particolarmente importante negli ambienti utilizzati in modo periodico, che non necessitano di essere riscaldati 24 ore su 24. Lo svantaggio, invece, è il raffreddamento più rapido degli ambienti dopo lo spegnimento degli aerotermi (rispetto ai radiatori tradizionali o al riscaldamento a pavimento).
Una delle scelte fondamentali riguarda il tipo di fonte energetica. L'aerotermo elettrico è facile da installare, poiché richiede essenzialmente un'alimentazione elettrica adeguata. Non è necessario portare fino ad esso un impianto idraulico - il che rappresenta il suo vantaggio principale. Tuttavia...
Alle potenze di riscaldamento più elevate, questo tipo di riscaldamento elettrico può generare costi di esercizio elevati e richiedere un impianto elettrico di potenza adeguata. Richiede semplicemente un consumo energetico significativo. Per questo può essere una buona soluzione nei luoghi in cui si sosta solo sporadicamente, ad esempio in garage o officine (a condizione che non si tratti di officine di lavoro, ad esempio legate a un'attività professionale).
L'aerotermo ad acqua, invece, sfrutta il calore prodotto da una fonte esterna, ad esempio una caldaia di riscaldamento (può trattarsi tuttavia anche di una pompa di calore o di un caminetto con camicia d'acqua). Negli edifici che dispongono già di un impianto di riscaldamento centralizzato ad acqua, si tratta quindi spesso di una soluzione più naturale - richiede però di portare fino all'aerotermo le tubazioni dell'acqua che lo alimenteranno di calore. L'installazione stessa risulta quindi più costosa, mentre il suo utilizzo - già molto più economico.
Non si può tuttavia affermare in modo univoco che un tipo di aerotermo sia sempre migliore. La scelta dipende soprattutto dalle dimensioni dell'edificio, dalla potenza richiesta, dal modo in cui l'edificio viene utilizzato e dalla fonte di energia disponibile.
L'aerotermo a glicole viene spesso utilizzato in luoghi esposti a basse temperature, ad esempio capannoni, magazzini, garage o edifici agricoli - in ubicazioni che non vengono utilizzate tutto l'anno o che, per vari motivi, sono esposte al rischio di congelamento dell'impianto di riscaldamento. L'utilizzo di una soluzione di glicole al posto dell'acqua pura protegge l'impianto dal congelamento, soprattutto quando l'edificio non viene riscaldato durante tutto l'anno. Un problema si presenta però quando l'impianto di riscaldamento principale (cioè quello in cui opera la caldaia o la pompa di calore) funziona ad acqua - come solitamente accade. Introdurre il glicole nell'intero sistema non è conveniente - aumenta i costi, peggiora le proprietà termiche del fluido e può inoltre aumentare le resistenze idrauliche nell'impianto. Per questo motivo si utilizza spesso uno scambiatore di calore a piastre, che consente di separare i due circuiti. Da un lato dello scambiatore circola l'acqua proveniente dalla caldaia, dalla pompa di calore o da un'altra fonte, mentre dall'altro lato scorre la soluzione di glicole che alimenta l'aerotermo. I due liquidi non si mescolano - tra di essi viene trasferita esclusivamente energia termica.
Questa soluzione consente di limitare l'utilizzo del glicole esclusivamente alla parte dell'impianto in cui è realmente necessario (cioè quella effettivamente esposta al rischio di congelamento). Ciò è particolarmente importante quando l'aerotermo si trova in un ambiente esposto a temperature sotto zero, oppure quando parte della tubazione attraversa una zona non riscaldata. Lo scambiatore a piastre crea in tal caso una separazione idraulica dell'impianto e consente di ricavare un circuito del glicole separato, dotato di una propria pompa di circolazione.
Occorre tuttavia ricordare che, nella scelta di uno scambiatore a piastre per un aerotermo a glicole, non bisogna considerare soltanto la sua potenza in kW (che è spesso indicata per parametri diversi da quelli che si verificheranno realmente nell'impianto), ma anche la concentrazione e il tipo di glicole, le temperature su entrambi i lati dello scambiatore e le portate. Il glicole ha proprietà fisiche diverse rispetto all'acqua, per cui il suo utilizzo comporta uno scambio termico meno favorevole e resistenze al flusso potenzialmente maggiori. Per questo motivo lo scambiatore per un aerotermo a glicole dovrebbe essere scelto proprio in base ai parametri di esercizio reali del sistema, e non esclusivamente in base alla potenza nominale dell'aerotermo.
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Un aspetto interessante è la collaborazione tra l'aerotermo e la pompa di calore. È possibile, ma richiede una scelta adeguata del dispositivo.
Gli aerotermi ad acqua tradizionali raggiungono spesso la potenza dichiarata dal produttore a temperature dell'acqua relativamente elevate, ad esempio 60°C o 70°C. Le pompe di calore, invece, lavorano in modo più efficiente come fonti di calore a bassa temperatura, e proprio in quelle condizioni il loro funzionamento è relativamente economico, mentre la pompa di calore stessa risulta potenzialmente meno esposta a guasti del compressore o di altri componenti.
Se invece dell'acqua a 70°C forniamo all'aerotermo acqua a una temperatura di, ad esempio, 35-45°C, la sua potenza termica reale può risultare notevolmente inferiore al valore di catalogo indicato per parametri elevati - e la sua utilità percepita può semplicemente rivelarsi insufficiente. Per questo motivo molti tecnici ritengono che collabori meglio con le caldaie, sebbene - in pratica - molto dipenda anche dalle caratteristiche specifiche dell'ambiente stesso. Se l'edificio è ben isolato, dispone di infissi a tenuta e di un buon isolamento verso terra, il comfort sarà certamente percepibile anche a una temperatura leggermente più bassa. Ricordiamo inoltre che i capannoni di magazzino o le officine solitamente non devono raggiungere le stesse temperature dell'aria richieste negli ambienti residenziali. Per questo motivo le pompe di calore collaborano bene anche con gli aerotermi.
Per questo, pensando alla collaborazione con una pompa di calore, conviene scegliere aerotermi adatti a temperature di mandata più basse, oppure dimensionarli in modo adeguato.
La potenza degli aerotermi indicata a catalogo non dovrebbe essere considerata come un valore costante raggiungibile in ogni condizione. La potenza termica reale dell'aerotermo dipende dalle condizioni di esercizio e dalla temperatura di mandata.
Un ruolo fondamentale è svolto dalla temperatura dell'acqua in entrata e in uscita, dalla temperatura dell'aria che entra nel dispositivo, dalla portata dell'acqua e dalla quantità d'aria che attraversa lo scambiatore di calore.
Ad esempio, un aerotermo indicato come dispositivo da 30 kW non deve necessariamente raggiungere 30 kW una volta collegato a un impianto qualsiasi. Se il produttore ha determinato tale potenza per acqua a 70°C, allora alimentandolo con acqua a 40-50°C la potenza risulterà significativamente inferiore.
Per questo, confrontando gli aerotermi, conviene verificare non solo il numero di kilowatt, ma anche i parametri per i quali il produttore ha determinato tale valore. A volte i produttori indicano anche una superficie massima consigliata per l'ambiente, sebbene anche in questo caso sia opportuno prevedere un certo margine di sicurezza.
Scegliere un aerotermo basandosi esclusivamente sulla superficie dell'edificio è una semplificazione e talvolta può rivelarsi un'idea poco azzeccata. Due strutture con una superficie di 300 m² possono avere un fabbisogno energetico completamente diverso, il che dipende in gran parte dal grado di isolamento dell'edificio.
Ha rilevanza anche, tra l'altro, l'altezza dell'ambiente. Nel caso di un capannone alto 6 metri, il volume d'aria da riscaldare sarà due volte maggiore rispetto a un edificio con la stessa superficie ma alto 3 metri. In altre parole - conta la cubatura.
Occorre tenere conto dell'isolamento delle pareti e del tetto, della superficie di portoni e finestre, della temperatura esterna adottata per i calcoli, della temperatura interna desiderata, della ventilazione e della frequenza di apertura dei portoni.
Per questo la base migliore per la scelta è il fabbisogno termico calcolato dell'edificio, e non la sola superficie del pavimento. Di conseguenza, occorre considerare un minimo di 10-15 kW di potenza degli aerotermi ogni 100 m².
Bisogna tuttavia ricordare - ed è un aspetto molto importante - che per poter alimentare la potenza complessiva degli aerotermi che alla fine sceglieremo, dobbiamo disporre di una fonte di calore adeguata. Se disponiamo di aerotermi con una potenza di 50 kW, ma come fonte di calore viene utilizzata una caldaia da soli 30 kW, purtroppo dobbiamo rinunciare al pieno sfruttamento della loro potenza.
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Negli edifici più grandi, l'utilizzo di un unico aerotermo molto potente non è sempre la soluzione migliore. Spesso è più vantaggioso distribuire diversi aerotermi più piccoli in varie zone del capannone. Questo consente di distribuire l'aria riscaldata in modo più uniforme e di limitare la formazione di zone sensibilmente più calde o più fredde. Il personale che opera in tali ambienti percepirà sicuramente un comfort maggiore, e il riscaldamento stesso diventa più controllabile.
Ha importanza anche la direzione del flusso d'aria. L'aria calda tende naturalmente a salire, per cui nei capannoni alti un flusso orientato in modo scorretto può causare l'accumulo di grandi quantità di calore sotto il soffitto.
Negli edifici alti si possono inoltre utilizzare ventilatori destratificatori, il cui compito è indirizzare l'aria più calda dalle zone superiori del capannone verso la zona occupata. Il numero di aerotermi da scegliere per un capannone dipende ovviamente anche dalle dimensioni del capannone stesso.
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