✅ Collegamento di una caldaia a gas che funziona in un impianto chiuso a un impianto aperto tramite uno scambiatore di calore a piastre
Come avviene il collegamento di una caldaia a gas / a condensazione, che dovrebbe funzionare in un impianto chiuso, a un impianto aperto tramite uno scambiatore di calore a piastre? Analizziamo tutti gli aspetti tecnici e pratici legati a questa operazione, inclusi la scelta dello scambiatore per una caldaia a condensazione, i punti critici da considerare durante il collegamento e le informazioni di base sull'unione di un impianto aperto e chiuso all'interno di un unico sistema di riscaldamento.
▶️ Precisiamo che nell'articolo utilizziamo i termini "caldaia a gas" e "stufa a gas", anche se tecnicamente si dovrebbe usare solo il primo. Tuttavia, nel linguaggio comune, il termine errato "stufa a gas" è altrettanto diffuso.
Le caldaie a gas, essendo dispositivi moderni dotati di sensori di temperatura, sono piuttosto delicate rispetto alle vecchie caldaie in ghisa o anche alle più recenti caldaie a carbone. Le caldaie a gas sono quindi progettate per funzionare in un impianto chiuso, garantendo la loro sicurezza e separandole dalle impurità che si generano naturalmente negli impianti aperti. In questo modo, si isola anche la caldaia a gas dall'afflusso d'aria che si verifica negli impianti aperti (vaso di espansione aperto), riducendo così il rischio di corrosione e rallentando la formazione del calcare, il principale nemico dei sistemi di riscaldamento efficienti e performanti.
Praticamente ogni produttore di caldaie a gas specifica nelle condizioni di garanzia che la caldaia deve essere utilizzata in un impianto chiuso. Ciò significa che installandola in un impianto aperto, si perde automaticamente la garanzia. Non conviene quindi farlo, soprattutto perché esistono soluzioni per evitarlo anche in caso di un impianto domestico aperto. Non intendiamo in questo caso una conversione completa dell'impianto a un sistema chiuso (che spesso comporta elevati costi finanziari e modifiche strutturali alla casa), ma piuttosto metodi per collegare i due sistemi in modo relativamente economico, utilizzando uno scambiatore di calore a piastre per la caldaia a gas.
Di seguito forniremo ulteriori informazioni su questo argomento.
Lo scambiatore di calore è un dispositivo progettato per trasferire il calore da un fluido all'altro. Esistono ovviamente diversi tipi di scambiatori di calore: ne è un esempio la serpentina all'interno di un serbatoio di acqua calda sanitaria, ma esistono anche scambiatori a fascio tubiero, scambiatori a piastre e tubi (JAD), ecc. Per collegare una caldaia a gas a un impianto aperto si utilizza uno scambiatore di calore a piastre, poiché è il più adatto a questo scopo, ha dimensioni ridotte ed è economicamente vantaggioso.
L'intero principio di funzionamento di uno scambiatore a piastre si basa sul passaggio di un fluido caldo del circuito chiuso, in cui opera la caldaia a gas, e di un fluido più freddo del circuito aperto, in cui operano gli elementi di distribuzione del calore, ovvero i radiatori. Naturalmente, questi fluidi non si mescolano all'interno dello scambiatore, ma il calore del sistema chiuso viene trasferito al circuito aperto, che a sua volta riscalda i radiatori. In questo modo, lo scambiatore a piastre consente il collegamento di una caldaia a gas a un impianto aperto, anche se esso stesso rimane parte del circuito chiuso. Il concetto sarà illustrato più chiaramente nello schema di collegamento della caldaia a gas a un impianto aperto con l'uso di uno scambiatore, che sarà riportato nella parte successiva dell'articolo.
Lo scambiatore di calore a piastre per il collegamento di una caldaia a gas a un impianto aperto può funzionare anche in senso inverso,trasferendo il calore dall'impianto aperto (se vi è presente una fonte di calore, come una caldaia a carbone) all'impianto chiuso (se i nostri radiatori o il riscaldamento a pavimento operano in un circuito chiuso). Nella foto, uno scambiatore a piastre Ba-16-50 del marchio Nordic Tec, nella versione con isolamento termico, adatto per caldaie a gas di dimensioni standard con una potenza fino a 24 kW.
Si tratta di un aspetto fondamentale: affinché tutto funzioni correttamente e la caldaia a gas operi in modo efficiente, è necessario selezionare lo scambiatore di calore in modo appropriato. Purtroppo, come dimostra la pratica, molti tecnici non sono in grado di farlo correttamente. La scelta dello scambiatore per una caldaia a gas dovrebbe basarsi sulla relazione tra la superficie delle piastre dello scambiatore e la potenza della caldaia, espressa in kW (ciò significa che ❌ la selezione dello scambiatore per una caldaia a gas non dovrebbe basarsi sul confronto tra la potenza dello scambiatore e quella della caldaia).
L'azienda Nordic Tec consiglia che, nel caso degli scambiatori di calore di questo marchio, per ogni 10 kW della caldaia a gas dovrebbero corrispondere 0,30 m² di superficie delle piastre, o leggermente meno (0,25 m²) nei sistemi di riscaldamento centralizzato in condizioni relativamente buone (sebbene questa sia una situazione meno comune, poiché gli impianti aperti di riscaldamento centralizzato presenti nel nostro paese sono generalmente piuttosto usurati).
✅☑️ Il rapporto indicato sopra di 0,30 m² di piastre per 10 kW della caldaia a gas è valido per gli scambiatori di calore del marchio Nordic Tec. Non è necessariamente compatibile con gli scambiatori di altri produttori (le piastre di scambio termico possono avere un diverso grado di corrugazione, uno spessore differente e non sempre la loro efficienza è la stessa).
Ad esempio, per una caldaia a gas con una potenza di circa 15 kW, è necessario scegliere uno scambiatore con una superficie minima delle piastre di 0,45 m².
✅ Abbiamo descritto questo argomento in modo più dettagliato nei seguenti articoli:
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Oltre alla superficie di scambio termico, è sicuramente necessario prestare attenzione alla dimensione dell’attacco dello scambiatore, in modo che sia il più compatibile possibile con la caldaia a gas e l’impianto. Di solito, si deve considerare la dimensione dell’attacco presente sul lato dell’impianto ricevente a cui si collega la caldaia a gas – nelle case unifamiliari con impianti aperti, generalmente è di 1 pollice o 1 1/4 di pollice (anche se “generalmente” non significa “sempre”). Sul lato della caldaia a gas sarà spesso necessario utilizzare una riduzione, ma si tratta di operazioni semplici che non comportano particolari difficoltà.
Inoltre, vale la pena considerare l’isolamento dello scambiatore di calore se deve essere utilizzato per una caldaia a gas. Le caldaie a gas sono fonti di calore a bassa temperatura – il fatto di poter impostare la temperatura della caldaia anche solo 1-2 gradi più bassa comporterà già una differenza significativa nel consumo di gas (e quindi nelle bollette per il riscaldamento). Tuttavia, per ottenere ciò, è necessario un sistema di riscaldamento efficiente, privo di inutili dispersioni termiche, mentre uno scambiatore a piastre non isolato, installato in una cantina o in una centrale termica, disperde calore inutilmente come un piccolo radiatore. Per produrre questo calore viene bruciato gas, che tu paghi. Il costo dell’isolamento varia tra 28 e 40 € e nelle condizioni attuali si ripaga rapidamente.
Lo schema che mostra la posizione della caldaia a gas nel sistema descritto dovrebbe chiarire la maggior parte dei dubbi. Si segnala che si tratta di una rappresentazione semplificata, ovvero di uno schema concettuale del collegamento tra un impianto aperto e uno chiuso all'interno di un unico sistema di riscaldamento centralizzato.
Nel punto centrale dello schema si trova uno scambiatore di calore a piastre, che collega entrambe le parti del sistema. Si può dire che lo scambiatore rappresenta il confine tra di esse: tutto ciò che si trova a sinistra dello scambiatore appartiene al circuito chiuso, in cui opera la caldaia a gas. Tutto ciò che si trova a destra, invece, fa parte dell’impianto aperto, dove sono collocati i radiatori.
Di seguito, la spiegazione dei singoli elementi dello schema:
Lo schema dell’impianto con caldaia a gas e scambiatore a piastre è molto semplificato e può essere soggetto a diverse modifiche in base alle caratteristiche specifiche del nostro edificio e del nostro impianto di riscaldamento. Ad esempio, si può aggiungere che la caldaia a gas non deve essere necessariamente l’unica fonte di calore: in molti casi, il proprietario dell’edificio desidera mantenere, per sicurezza, una caldaia a carbone (chiamata anche "caldaia a combustibile solido"), che deve funzionare, come sappiamo, in un impianto aperto. In questo caso, il sistema avrebbe l’aspetto mostrato di seguito.
Lo schema di collegamento tra la caldaia a gas e la caldaia a carbone, con il ruolo centrale dello scambiatore di calore, sarebbe il seguente. In generale, bisogna ricordare che lo schema concettuale potrebbe essere simile in molti casi. In alternativa alla caldaia a gas (1), si può installare qualsiasi altra fonte di calore funzionante in un circuito chiuso, e lo schema rimarrebbe lo stesso. Ad esempio, si potrebbe utilizzare una pompa di calore o una caldaia elettrica. Allo stesso modo, invece della caldaia a carbone (4), si potrebbe installare un camino con scambiatore d’acqua in un impianto aperto.
Di seguito la descrizione dei singoli punti dello schema:
Questa domanda a volte appare nelle discussioni su internet, dove i "conoscitori" del settore affermano che l'uso di uno scambiatore di calore comporta una perdita di 5 o addirittura 10°C, ad esempio se la caldaia lavora a 50°C, il circuito ricevente riceverebbe solo 40°C. Questo è ovviamente un'assurdità e non ha alcuna giustificazione tecnica, a meno che non sia stato scelto uno scambiatore troppo piccolo che non riesce a trasferire il calore in modo adeguato. Tuttavia, in questo caso si tratta di una selezione errata dei dispositivi, quindi di una situazione patologica dal punto di vista tecnico. Anche una caldaia a gas troppo piccola non sarà in grado di riscaldare un edificio grande, ma questo non dipende dalla caldaia in sé, bensì da una scelta errata dell’apparecchio.
Con la corretta selezione dello scambiatore di calore e un collegamento adeguato, la perdita è impercettibile e, in un impianto ben funzionante, scende sotto 1°C. Se analizziamo questo mito, ci renderemo subito conto che, se lo scambiatore causasse davvero una perdita di 1/5 della temperatura, una soluzione del genere non si sarebbe affermata sul mercato – nessuno la sceglierebbe. In realtà, viene utilizzata da decenni e negli ultimi 20 anni ha guadagnato un’enorme popolarità.
La mitica perdita nello scambiatore a piastre può verificarsi solo temporaneamente all'avvio di un impianto raffreddato, ad esempio quando il riscaldamento è rimasto spento per alcuni giorni in pieno inverno (in questo caso, l'acqua di ritorno dall'impianto di riscaldamento è piuttosto fredda e consuma leggermente più calore). Dopo alcune ore il sistema si bilancia e la perdita scompare – sono semplici leggi della fisica e non c'è nulla di sorprendente in questo.
I lettori più attenti dovrebbero inoltre notare un altro aspetto privo di senso contenuto in questo mito, dal punto di vista delle leggi fisiche. Se uno scambiatore riducesse improvvisamente la temperatura di 10°C, che fine farebbe questa grande quantità di energia termica? In natura nulla si perde. Come potrebbe uno scambiatore che pesa, ad esempio, 2-3 kg, assorbire tanta energia termica quanto metà della nostra casa? Non è difficile capire che si tratta di un’informazione poco credibile, paragonabile all’idea diffusa secondo cui nelle case dotate solo di riscaldamento a pavimento senza radiatori faccia freddo.
L'installazione di uno scambiatore è un'operazione piuttosto semplice, ma ci sono alcuni aspetti da curare.
È inoltre importante che lo scambiatore di calore sia montato in modo stabile e protetto dalle vibrazioni. Vale la pena considerare l’uso di kit di montaggio per scambiatori proposti da Nordic Tec.
Dipende da molti fattori, ma in molte configurazioni sì. Quando si afferma che una caldaia a gas può funzionare meglio grazie a uno scambiatore di calore, si intende che, suddividendo l’impianto in due circuiti, si crea un circuito relativamente corto per la caldaia a gas. Ciò elimina il problema della pressione nel circuito della caldaia, che si verifica quando il circuito è troppo esteso. Un problema di pressione può causare frequenti spegnimenti della caldaia, un ritorno più freddo (senza contare il mancato riscaldamento di alcuni ambienti della casa). Per questo motivo, nei circuiti più lunghi, le caldaie a gas richiedono talvolta l’uso aggiuntivo di un separatore idraulico per il riscaldamento.
Quando si utilizza uno scambiatore di calore, esso assume la funzione del separatore, ossia la caldaia a gas ottiene automaticamente un circuito di pompaggio corto, stabilizzato in termini di pressione e senza ritorno freddo. In pratica, ciò significa che la caldaia può operare nella modalità più economica, riscaldando il fluido termovettore solo di pochi gradi Celsius, ma in modo più stabile e continuo. Questo si traduce spesso in una riduzione significativa del consumo di gas e quindi in bollette più basse. È dunque una soluzione da considerare se, in questa fase, non si è in grado di affrontare una ristrutturazione completa dell’impianto e una conversione a circuito chiuso.
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