Il fluido termovettore, o semplicemente il vettore di calore - un termine importante - è una sostanza in grado di trasportare il calore dalla fonte di calore (ad esempio caldaia, caminetto, accumulatore di calore, pompa di calore, pannelli solari, ecc.) al terminale di riscaldamento, come un radiatore o un circuito di riscaldamento a pavimento. Affinché un sistema di riscaldamento centralizzato funzioni, il calore viene trasportato attraverso tubi, circuiti e altri tipi di canali proprio tramite il vettore di calore. È indispensabile e su questo non ci sono discussioni.
✅ Il vettore di calore più comune è naturalmente l’acqua, che presenta molti vantaggi, ma anche qualche svantaggio. I principali requisiti che richiediamo ai fluidi termovettori per l'uso pratico nei sistemi di riscaldamento o acqua calda sanitaria (ACS) includono:
✅ L’acqua si comporta bene rispetto a questi parametri, ma talvolta viene addizionata con altre sostanze per migliorare alcune caratteristiche, come la miscelazione con glicole in diverse concentrazioni per ottenere parametri specifici. In questo articolo discuteremo esclusivamente dei fluidi termovettori liquidi, tralasciando quelli gassosi come aria o vapore, che non vengono utilizzati nei sistemi domestici in Polonia. Tratteremo l’influenza di questi fluidi sulla durata dei dispositivi idraulici, come serbatoi, scambiatori di calore, pompe di circolazione, sterilizzatori d’acqua, e delle fonti di calore, come caminetti ad acqua, caldaie, pompe di calore, ecc.
Disponibile
Disponibile
✅ L'acqua per il riscaldamento è la soluzione più ovvia, poiché è facilmente e rapidamente disponibile. È decisamente anche una delle opzioni più economiche, più conveniente rispetto al glicole o a fluidi simili. Tuttavia, contiene numerose impurità sotto forma di sospensioni organiche e inorganiche invisibili a occhio nudo – ma soprattutto sali disciolti, gas e colloidi (come la silice e altri composti). Questi componenti indesiderati hanno effetti negativi sul funzionamento degli apparecchi di riscaldamento e idraulici.
✅ Di conseguenza, l'acqua per gli impianti di riscaldamento richiede talvolta un trattamento per essere sicura per il nostro sistema e per garantire un’efficace trasmissione del calore. L’acqua possiede, però, anche altre caratteristiche di cui spesso ci si dimentica nella progettazione degli impianti, come il residuo secco, l’ossidabilità e il pH.
☑️ Per i più curiosi, è interessante sapere che l'acqua varia il suo calore specifico a seconda della temperatura. Il calore specifico dell'acqua varia infatti da circa 4,226 kJ/kgK (per acqua a 0 gradi Celsius) a 4,194 kJ/kgK a una temperatura di 80 gradi Celsius. Anche il coefficiente di conducibilità termica dell'acqua cambia con la temperatura, variando da 0,558 W/mK a 0,681 W/mK (per temperature presenti nei sistemi di riscaldamento domestici, dai valori più bassi fino a +80°C). Ma, a dire il vero, quale idraulico (a meno che non sia un ingegnere-progettista) conosce questi dati e li utilizza come conoscenze pratiche nella progettazione degli impianti? Probabilmente nessuno, perché nella pratica basta conoscere i principi di base e sapere in quali casi fare eccezione all'uso dell'acqua per progettare un sistema di riscaldamento efficace. Il calore specifico dell’acqua e il coefficiente di conducibilità termica sono nozioni avanzate, non necessarie ai praticanti. Questa è la nostra valutazione personale.
✅ Le difficoltà nell’utilizzo dell’acqua in alcuni impianti, specialmente industriali piuttosto che domestici, derivano anche dal fatto che cambia stato intorno a 0 gradi, mentre tra 90 e 100 gradi inizia a bollire e a evaporare, aumentando notevolmente la pressione nell’impianto. Di conseguenza, è essenziale proteggere gli impianti sia dal raffreddamento intenso (nella pratica, affinché l’acqua congeli, bisognerebbe lasciare la casa non riscaldata per diversi giorni) che dall’alta pressione in caso di evaporazione. In breve, non dobbiamo consentire l'ebollizione dell'acqua nel sistema, che potrebbe danneggiarlo – rischio meno probabile con fonti di calore moderne, ma possibile con camini e vecchie caldaie.
✅ Un’altra proprietà dell’acqua che influenza le apparecchiature idrauliche è il contenuto di sali disciolti (che possono formare calcare) e il pH, che può contribuire alla ☑️ corrosione dei componenti in acciaio, come serbatoi, collettori o scambiatori di calore a piastre. A causa dell’effetto corrosivo sull’impianto, è fondamentale tenere d’occhio anche la quantità di ossigeno e anidride carbonica disciolti nell’acqua. Il contenuto di questi gas varia con la temperatura dell’acqua, fenomeno comune in ogni impianto. Ciò porta alla variazione della pressione e alla formazione di bollicine, che si manifestano come piccole sacche d’aria nel sistema.
✅ Le bolle d’aria si accumulano inevitabilmente negli impianti di riscaldamento che utilizzano acqua, e devono essere rimosse, cosa che influisce su come progettare l’impianto idrico e prevedere metodi per eliminare l’aria.
Nell'acqua sono disciolti dei sali, la cui concentrazione dipende dalla provenienza dell'acqua stessa. I peggiori per l'impianto sono il magnesio e il calcio, elementi che hanno una bassa solubilità ma una capacità di decomposizione dannosa per il nostro sistema di riscaldamento. ✅ La decomposizione dei sali nell'acqua aumenta con la temperatura, iniziando già a 30-40 gradi Celsius. In ogni impianto si creano dunque condizioni favorevoli alla decomposizione di magnesio e calcio, che portano alla formazione di depositi di calcare. Negli impianti di riscaldamento, con l'aumento della temperatura, l'acqua nei generatori evapora e, con la decomposizione dei sali, si formano depositi che si accumulano sulle superfici di scambio termico (come le pareti delle caldaie, i tubi, i circuiti di riscaldamento a pavimento e i dispositivi idraulici). Questo deposito è il noto “antieroe” degli impianti idraulici: il calcare.
✅ Il contenuto di sali nell'acqua è definito come la durezza dell'acqua, che può variare. Esistono due tipi di durezza: temporanea (carbonatica) e permanente (non carbonatica). La durezza temporanea si verifica quando ci sono bicarbonati di calcio e magnesio che, con la temperatura, si decompongono in sali solubili. Per questo motivo, non ha carattere permanente. Se, invece, la durezza è causata da sali neutri di calcio e magnesio, non si verifica decomposizione con l’aumento della temperatura, e si parla di durezza permanente.
Poiché utilizziamo l'acqua, gli impianti si incrostano nel tempo, perché in gran parte della Europa (e Italia) l'acqua è dura o molto dura. È un nemico invisibile, perché l'acqua dura non è riconoscibile senza analisi fisico-chimiche. Tuttavia, sappiamo che col tempo la presenza di acqua non trattata riduce notevolmente la durata di dispositivi come caldaie, pompe di calore, lampade UV per acqua, scambiatori di calore a piastre, serbatoi, collettori di riscaldamento a pavimento e persino radiatori.
✅☑️ Con il tempo, i tubi e i canali dell'impianto si incrostano di calcare, riducendo la conducibilità termica del sistema e causando un aumento delle spese per il riscaldamento o del consumo di combustibile fino al 30-40%. Fortunatamente, esistono metodi per neutralizzare l'acqua dura, come i dispositivi addolcitori.
Fino a poco tempo fa, contro l'acqua dura si utilizzavano principalmente addolcitori d'acqua tradizionali, il cui costo parte da 600-800 €. Oltre al prezzo, il loro svantaggio era l'ingombro che occupavano nella centrale termica. Inoltre, richiedevano la sostituzione periodica della resina, quindi non erano completamente senza manutenzione. Nonostante ciò, va detto che questi addolcitori erano piuttosto efficaci. Questi dispositivi non sono filtri per acqua dura, ma funzionano con un metodo diverso. Negli ultimi anni, tuttavia, sono comparsi sul mercato anche filtri per acqua dura, installati all'ingresso dell'acqua in casa.
✅ L'attuale tendenza è l'uso di addolcitori galvanici a flusso continuo - filtri per acqua dura basati sulla tecnologia chiamata IPSE. Si tratta di un dispositivo a forma di tubo, montato sul tubo principale di ingresso dell'acqua. Il filtro per acqua dura IPSE funziona al meglio come prevenzione; tuttavia, un impianto già incrostato rimarrà comunque un problema significativo. I vantaggi dei filtri per acqua dura sono la loro assenza di manutenzione e la durata, che può arrivare anche fino a 10 anni. Funzionano come una piccola cella galvanica, nei dispositivi di migliore qualità rinforzata con uno strato d'argento. Generando una piccola tensione di circa 5-6 V, la cella scompone i sali minerali responsabili della durezza e delle incrostazioni.
Attualmente non disponibile
✅ In primo luogo, l'uso di questi fluidi elimina la necessità di trattare l'acqua per l'impianto e riduce il rischio di formazione di calcare nelle tubazioni di riscaldamento, evitando incrostazioni sui dispositivi e la conseguente riduzione dell'efficienza e la necessità di sostituzione più frequente. Tuttavia, presentano anche una serie di svantaggi.
In pratica, il bilancio dei pro e dei contro di questi fluidi ci porta a concludere che si tratta di vettori di calore specializzati, destinati principalmente a spazi con specifiche esigenze, ad esempio industriali. Continua a leggere per saperne di più se sei curioso.
✅ Un fluido riscaldante dal nome esotico, ma poco pratico per le installazioni domestiche, è il dowtherm o etere difenilico. Utilizzato come vettore di calore quasi esclusivamente in impianti industriali altamente specializzati, presenta un interessante calore specifico, che varia tra 1,55 e 2,76 kJ/kgK. Anche il suo punto di congelamento di -55 gradi Celsius è notevole, permettendo l’uso in ambienti riscaldati solo occasionalmente. Tuttavia, l'etere difenilico è pericoloso per la salute e infiammabile, il che lo esclude dalle applicazioni domestiche e persino in ambienti industriali con lavorazioni a rischio di scintille, come la saldatura. Forniamo queste informazioni come curiosità; sebbene inventato all'inizio del XX secolo, viene ancora utilizzato.
✅ Il principale vantaggio dell'olio minerale è che non congela nel nostro clima. Con un punto di congelamento fino a -50 gradi Celsius, può essere utilizzato persino in Scandinavia o nelle regioni settentrionali della Russia. Rimane liquido in un ampio intervallo di temperature, con un punto di ebollizione tra 280 e 350 gradi Celsius, mentre il punto di infiammabilità non è rilevante per l'uso in questione. Come altri oli, non causa formazione di calcare né corrosione. Tuttavia, presenta degli svantaggi: è decisamente più costoso dell'acqua, soprattutto in impianti estesi, e nel tempo possono depositarsi resine oleose sulle superfici di scambio termico (radiatori, serpentine, scambiatori a piastre). Tende inoltre a ossidarsi facilmente, richiedendo uno sfiato più frequente. È ampiamente utilizzato anche nella refrigerazione.
Il glicole etilenico è una valida alternativa all'acqua negli impianti di riscaldamento (o meglio, in alcune sezioni di essi, come quelle esposte al rischio di congelamento, ad esempio un edificio secondario collegato all’impianto principale ma non riscaldato continuamente). Come l’olio minerale, non genera calcare. Il suo punto di congelamento varia da circa -17°C fino a -49°C, garantendo la protezione necessaria per l’impianto nel nostro clima. La temperatura di congelamento dipende naturalmente dalla diluizione del glicole, poiché...
✅ Raramente viene utilizzato in forma pura, essendo più comune diluirlo con acqua in diverse concentrazioni secondo le esigenze: 30% di glicole e il resto acqua, 35% glicole e il resto acqua, oppure, quando richiesto, in proporzioni di 50/50.
☑️ Per i curiosi:
Il glicole ha i suoi vantaggi, ma anche alcuni svantaggi. Innanzitutto, è decisamente più costoso dell’acqua. Prima di decidere di usarlo, dobbiamo sapere che il glicole riduce la trasmissione di calore. Non congelando, cede anche meno facilmente l'energia termica rispetto all’acqua. Si stima che la trasmissione di calore sia inferiore dell'8% con una soluzione al 30% di glicole, fino a una riduzione del 15% con una soluzione al 50%. Ciò comporta una maggiore inerzia dell’impianto, tempi di riscaldamento più lunghi e un consumo di combustibile leggermente maggiore (quindi costi di esercizio più elevati).
Questo spiega perché il glicole viene diluito: un glicole diluito offre la protezione dal congelamento necessaria, ma riduce i suoi effetti negativi (e risulta anche più economico). Inoltre, la perdita di trasmissione del calore, compresa tra l’8% e il 15%, può essere in gran parte compensata aumentando la superficie degli scambiatori termici, come radiatori e scambiatori di calore, sebbene ciò comporti un costo d’investimento più elevato.
Per i motivi sopra descritti, possiamo concludere che il glicole non è certamente una buona soluzione per il riscaldamento a pavimento; potrebbe essere eventualmente adatto ai sistemi di riscaldamento a radiatori. Utilizzare il glicole nel riscaldamento a pavimento può rendere molto lento il riscaldamento dell’impianto freddo. Il glicole non è adatto per il riscaldamento a pavimento e dovrebbe essere usato con esso solo come ultima risorsa, ad esempio in una casa vacanze, ma bisogna essere consapevoli dei suoi svantaggi.
☑️ È un mito pensare che aumentare la pressione nell’impianto sia sufficiente per neutralizzare l’inerzia termica del glicole nel riscaldamento a pavimento. Purtroppo, è impossibile combattere le leggi della fisica.
Se proprio si vuole, l'uso del glicole per i radiatori ha più senso. Nei radiatori, il glicole è meno problematico rispetto al riscaldamento a pavimento, poiché si tratta di una sottile lamina d’acciaio e non di una massiccia pavimentazione in calcestruzzo. La limitazione del trasferimento di calore causata dal glicole qui non sarà così problematica.
È possibile che tu stia leggendo questo articolo per valutare l’uso del glicole nel circuito di una pompa di calore monoblocco, dato che tale consiglio ti è stato suggerito da un installatore o rivenditore. La pompa di calore monoblocco, essendo collocata all'esterno, è effettivamente esposta al rischio di congelamento, con potenziali gravi conseguenze finanziarie. Vale quindi la pena usare il glicole per la pompa di calore?
Ci sono diversi aspetti da considerare per valutare il rischio di congelamento della pompa di calore. Una delle cause principali (oltre ai freddi estremi) sono le interruzioni di corrente, che impediscono la funzione di sbrinamento (defrost). Nelle zone in cui sono comuni le interruzioni di corrente, ad esempio in alcune aree montane, potrebbe essere consigliabile prendere precauzioni. Inoltre, bisogna ricordare che una pompa di calore è un investimento a lungo termine, progettato per durare quindici o venti anni. Non sappiamo quale sarà la situazione inverni rigidi tra 10-15 o 20 anni.
Inoltre, la rete elettrica polacca è sovraccaricata e ci sono stati anni di trascuratezza; secondo le informazioni disponibili pubblicamente, questo problema potrebbe peggiorare nei prossimi anni.
Fino a poco tempo fa, non si considerava il rischio di danneggiamenti intenzionali alla rete elettrica o alle centrali (rischio bellico, come visto nella guerra in Ucraina). Sebbene sembri ancora improbabile, dopo l’aggressione della Russia all’Ucraina, potrebbe essere prudente proteggersi in tal senso.
Un terzo aspetto, molto importante, riguarda i produttori di pompe di calore che richiedono l'uso del glicole nel circuito esterno. In passato, ad esempio, la ditta Rotenso seguiva questa prassi. Vale la pena considerare l'uso del glicole per la pompa di calore, dato che alcuni produttori non solo lo raccomandano, ma lo richiedono.
Quando si usa il glicole per la pompa di calore, è sconsigliato riempire l’intero sistema domestico con glicole a causa dell'inerzia termica. In questo caso, è consigliabile separare i sistemi con uno scambiatore di calore, per creare circuiti indipendenti – uno a glicole e uno ad acqua – che si scambiano calore tra loro. In questo modo, il glicole utilizzato per la pompa di calore non comprometterà né rallenterà in modo significativo l’efficacia del sistema di riscaldamento.
La separazione tra il circuito dell’acqua domestica e il circuito a glicole della pompa di calore può essere realizzata con uno scambiatore di calore a piastre. Sebbene questo aumenti i costi dell’impianto, si ottiene in cambio la piena protezione del sistema monoblocco. È un aspetto da considerare in fase di valutazione del rischio di congelamento della pompa di calore.
Lo svantaggio è che gli scambiatori per pompe di calore monoblocco a glicole devono essere relativamente grandi, quindi non sono i dispositivi più economici, nel range di 50 o 80 €. Uno scambiatore per il circuito glicole della pompa di calore dovrebbe avere almeno 1,5 m² di superficie per 10 kW di capacità per pompe di calore che operano intorno a 50°C. Questi scambiatori partono da circa 200 PLN, ma se il sistema della pompa di calore è a bassa temperatura (30-35°C), è consigliabile sovradimensionare ulteriormente lo scambiatore.
Disponibile
Disponibile
✅ Per i motivi sopra descritti, se si prevede di collegare una struttura aggiuntiva all'impianto, in cui, a causa del rischio di congelamento, si decide di usare il glicole, non si consiglia di impiegare il glicole in tutto l’impianto. In pratica, è meglio separare il circuito del locale soggetto a congelamento (ad esempio garage, laboratorio, magazzino) dal circuito principale della caldaia tramite uno scambiatore di calore a piastre. Si consiglia di dimensionare lo scambiatore con circa 0,35 m² di superficie di scambio ogni 100 metri quadrati di superficie del locale. Questo coefficiente consente di riscaldare il circuito principale con il glicole; tuttavia, se l'edificio ausiliario non richiede temperature simili agli ambienti abitativi, può essere sufficiente uno scambiatore di dimensioni inferiori. Il costo di uno scambiatore di calore per separare i circuiti a glicole è di circa 200-300 PLN per 100 m² di locale, in base ai prezzi del produttore di scambiatori a piastre Nordic Tec.
☑️ C'è però un ulteriore aspetto negativo: a differenza dell'olio minerale, ci si potrebbe aspettare che il glicole non contribuisca alla corrosione dei componenti. Tuttavia, sebbene le soluzioni di glicole non siano elettroliti, esse si degradano nel tempo durante l’utilizzo, manifestando una certa proprietà corrosiva. Va detto che il potenziale corrosivo del glicole è leggermente superiore a quello dell’acqua (!), anche se, in pratica, non rappresenta un problema significativo nei moderni impianti.
✅ Nel decidere di utilizzare il glicole, è consigliabile verificare se il produttore della pompa di circolazione consiglia il funzionamento con glicole. Alcuni produttori indicano che la pompa non è adatta per l'uso con glicole, il che potrebbe essere rilevante per la garanzia. Sul mercato sono disponibili anche pompe specifiche per glicole, che tuttavia non differiscono significativamente nella loro costruzione dalle pompe standard.
✅ Dobbiamo concludere che il fatto che il 99% delle abitazioni utilizzi l’acqua come fluido termico è decisamente giustificato dai vantaggi dell’acqua stessa. Il glicole ha un’eccessiva inerzia termica per essere utilizzato in tutto l’impianto, il che rallenterebbe notevolmente il riscaldamento della casa; neutralizzare questa limitazione richiederebbe un investimento maggiore. In particolare, per i sistemi di riscaldamento a pavimento, già caratterizzati da una certa inerzia, il glicole non è una scelta adeguata. L’olio minerale, invece, è troppo costoso e poco pratico.
✅ L'acqua, nonostante i suoi svantaggi, è economica e facilmente reperibile. Trasferisce calore in modo efficiente sia nei radiatori che nei sistemi di riscaldamento a pavimento. Il suo principale svantaggio, ovvero l’elevata durezza, può essere mitigato, seppur a costo non trascurabile. L'investimento per un addolcitore d'acqua per una casa unifamiliare si aggira intorno ai 600-1000 u; è anche possibile trattare l’acqua con sistemi a fascio elettrico o utilizzare filtri per acqua dura al costo di 150-200 €. Questa è la soluzione migliore per proteggere caldaie, pompe di calore, serbatoi, collettori per riscaldamento, scambiatori di calore e pompe di circolazione dal dannoso accumulo di calcare e ottenere un riscaldamento efficiente che consuma la minima quantità di combustibile o comporta costi energetici ridotti.
✅ Scegli il glicole solo se vi è un rischio concreto di congelamento dell’impianto, ad esempio in case non abitate, in capanni o per ambienti secondari che non vengono riscaldati costantemente.
Se cerchi scambiatori di calore con specifici parametri o utilizzi, inclusi quelli per la separazione dei circuiti a glicole e acqua, consulta i prodotti nelle seguenti categorie:
Disponibile
Disponibile
____________
Aragonite - forma che assumono i sali minerali dell’acqua dura a seguito dell’azione dei filtri per acqua dura. L’aragonite è considerata incapace di formare calcare e quindi non dannosa.
Filtro per acqua dura - dispositivo a flusso continuo installato sulle tubazioni dell’acqua per eliminare i sali responsabili della durezza dell’acqua (o più precisamente per inattivarli trasformandoli in aragonite, che non è in grado di formare calcare nell’impianto).
Calcare - depositi minerali, principalmente carbonati di calcio e magnesio, che si accumulano sulle pareti delle caldaie e dei tubi utilizzati negli impianti di riscaldamento. È causato dall’acqua dura e si forma durante il riscaldamento dell’acqua, anche a temperature relativamente basse di circa 30-40°C.
PC - abbreviazione di Pompa di Calore
Pompa di Calore Monoblocco - tipo di PC che ha parte del circuito all’esterno e può essere soggetta agli effetti atmosferici, tra cui, in casi estremi, il congelamento.
Durezza dell’acqua - parametro che indica la presenza di minerali disciolti, principalmente sali di calcio e magnesio. L’acqua dura può influire su diversi aspetti di utilizzo (ad esempio pulizia, cottura e funzionamento degli elettrodomestici come bollitori e lavatrici). Un’elevata durezza dell’acqua riduce la durata dei dispositivi con cui entra in contatto, come le caldaie e le pompe di calore, e aumenta il rischio di formazione di calcare.
Scambiatore di Calore a Piastre - dispositivo a flusso continuo utilizzato per lo scambio di calore tra due fluidi, con una forma simile a un cubo con 4 attacchi, composto da piastre d’acciaio. Nel contesto dell’articolo, viene utilizzato principalmente per separare i circuiti a glicole da quelli a acqua (per trasferire il calore senza mescolare i fluidi). Un esempio di questo dispositivo è lo scambiatore utilizzato per gli impianti solari.
Disponibile
Disponibile
Come funziona il trattamento dell'acqua con i raggi UV? Come funzionano le lampade UV per l'acqua?
La disinfezione acqua è davvero necessaria e perché utilizzare la tecnologia UV?
La storia della disinfezione dell'acqua con raggi UV - una novità o un vecchio invento?
È utile utilizzare lampade UV per la piscina? Disinfezione dell'acqua della piscina con UV?
Scelta del collettore per il riscaldamento a pavimento - quali criteri seguire?
