Scambiatore di calore a piastre o serpentina del bollitore?

✅ Produzione di acqua calda sanitaria con pompa di calore – le due soluzioni più diffuse per il trasferimento del calore

L'acqua calda sanitaria (ACS) è uno degli elementi più importanti di qualsiasi impianto di riscaldamento e rappresenta la base del comfort di un edificio. Nel caso delle pompe di calore, il metodo di produzione dell'ACS assume un'importanza particolare, poiché questi dispositivi funzionano con la massima efficienza a temperature relativamente basse. Ciò significa che il dispositivo incaricato di trasferire il calore all'ACS deve essere estremamente efficiente (poiché è più difficile riscaldare l'acqua calda sanitaria con una pompa di calore che lavora a 50 °C rispetto a una caldaia tradizionale che opera, ad esempio, a 70 °C).

Nella pratica si utilizzano principalmente due soluzioni: un bollitore ACS con serpentina integrata oppure un sistema che impiega uno scambiatore di calore a piastre esterno.

Entrambe le soluzioni presentano vantaggi specifici, ma differiscono per principio di funzionamento, rendimento e possibilità di applicazione. La scelta della soluzione più adatta non dovrebbe dipendere soltanto dal prezzo, ma soprattutto dalle caratteristiche della pompa di calore (o di un'altra fonte di calore), dal numero di utilizzatori e dal fabbisogno di acqua calda sanitaria.

Bollitore ACS con serpentina – una soluzione classica e semplice

Il bollitore con serpentina integrata è uno dei sistemi più diffusi per la produzione di acqua calda sanitaria. In questo caso il fluido termovettore proveniente dalla pompa di calore scorre attraverso un tubo a spirale installato all'interno del serbatoio e trasferisce l'energia termica all'acqua contenuta nel bollitore. La serpentina è uno scambiatore di calore, più precisamente una particolare tipologia di scambiatore.

Il principale vantaggio della serpentina integrata è la semplicità. L'impianto richiede un numero inferiore di componenti, non necessita di uno scambiatore supplementare né di un sistema di controllo aggiuntivo. Si tratta di una soluzione pratica e frequentemente adottata nei kit completi di pompe di calore destinati alle abitazioni unifamiliari. È sufficiente collegare il circuito di mandata all'attacco del bollitore, dove la serpentina è già installata.

Limiti della serpentina con una pompa di calore o con sistemi a bassa temperatura

Nonostante la sua popolarità – che in pratica è stata e probabilmente continua a essere lo standard – la serpentina presenta alcuni limiti. I più importanti sono la superficie di scambio termico e il coefficiente di scambio termico. Per trasferire efficacemente l'energia dalla pompa di calore all'acqua sanitaria, la serpentina deve avere una superficie sufficientemente ampia.

Le pompe di calore lavorano generalmente a temperature inferiori rispetto alle caldaie a gas o a gasolio e richiedono quindi superfici di scambio più estese. Se la serpentina è troppo piccola, il processo di riscaldamento dell'ACS può richiedere molto tempo e il sistema può funzionare con un'efficienza ridotta.

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La superficie della serpentina non corrisponde alla superficie delle piastre di uno scambiatore di calore a piastre

Il coefficiente di scambio termico di uno scambiatore di calore a piastre è decisamente superiore a quello di una serpentina. Ciò significa che una serpentina con una superficie di 2 metri quadrati continuerà comunque a trasferire il calore molto meno efficacemente rispetto a uno scambiatore a piastre con una superficie delle piastre di 2 metri quadrati. In pratica il coefficiente di scambio degli scambiatori a piastre è talmente elevato che spesso uno scambiatore di calore a piastre con una superficie di 1 metro quadrato risulta più efficace di una serpentina con una superficie di 3 o persino 3,5 metri quadrati.

Perché?

La risposta è evidente osservando il funzionamento dei due dispositivi. Uno scambiatore di calore a piastre è costituito da un pacco di piastre in acciaio separate da uno spazio di circa 2 mm. L'acqua che attraversa lo scambiatore viene suddivisa in sottilissimi "strati" di circa 2 mm, che sono a contatto su entrambi i lati con una piastra d'acciaio riscaldata. In queste condizioni l'acqua si riscalda molto più rapidamente rispetto a quanto avviene in un bollitore con serpentina, dove quest'ultima deve trasmettere il calore a grandi volumi d'acqua.

☑️✅ Vale la pena ricordare che quando si sostituisce una serpentina con uno scambiatore di calore a piastre non bisogna confrontare la superficie dei due dispositivi. Si tratta di due tecnologie differenti e un confronto diretto non è corretto. Uno scambiatore a piastre con una superficie inferiore può uguagliare o addirittura superare le prestazioni di una serpentina con una superficie molto maggiore.

Scambiatore di calore a piastre – maggiore efficienza e riscaldamento più rapido dell'ACS

Una soluzione alternativa consiste nell'utilizzare uno scambiatore di calore a piastre. In questo sistema l'energia proveniente dal circuito della pompa di calore viene trasferita all'acqua sanitaria attraverso sottili piastre in acciaio caratterizzate da un'ampia superficie di scambio termico.

Grazie alla loro particolare struttura, gli scambiatori a piastre raggiungono un rendimento molto elevato pur mantenendo dimensioni contenute. Consentono di trasferire rapidamente grandi quantità di energia, caratteristica particolarmente vantaggiosa negli impianti con un elevato fabbisogno di acqua calda sanitaria. Questo dispositivo offre quindi notevoli vantaggi, e non è solo l'efficienza a renderlo interessante. Presenta però anche alcuni svantaggi rispetto alle serpentine.

Lo scambiatore di calore a piastre è un dispositivo molto compatto – un vantaggio nel locale tecnico

Uno dei principali vantaggi dello scambiatore di calore a piastre è la sua compattezza. I moderni locali tecnici dispongono generalmente di uno spazio limitato, poiché vengono progettati per lasciare più superficie disponibile agli ambienti abitativi. Questo aspetto è importante perché uno scambiatore a piastre non è un bollitore, ma un piccolo dispositivo a flusso continuo dal peso di appena pochi chilogrammi. Ciò ne consente l'installazione praticamente in qualsiasi locale tecnico. È raro dover rinunciare a questa soluzione per mancanza di spazio.

Perché uno scambiatore di calore a piastre può essere più vantaggioso di una serpentina per una pompa di calore?

Le serpentine hanno sempre dato ottimi risultati, almeno fino a quando, all'inizio del XXI secolo, l'evoluzione delle tecnologie di riscaldamento e della progettazione degli impianti ha subito una forte accelerazione. Oggi la tendenza è quella dei sistemi a bassa temperatura: non solo per il riscaldamento a pavimento con collettori o per i radiatori a pannello, ma anche per la produzione di acqua calda sanitaria. I moderni generatori di calore – caldaie a gas, caldaie a pellet e pompe di calore – consumano meno energia quando lavorano con una bassa temperatura di mandata. Ciò richiede però prestazioni più elevate da parte degli scambiatori di calore (comprese le serpentine, che sono anch'esse scambiatori di calore).

Questo non significa che una serpentina non possa funzionare correttamente con una pompa di calore. Semplicemente, molto spesso sono necessari bollitori dotati di serpentine molto più grandi rispetto a quelle utilizzate negli anni '90, quando le temperature di mandata standard erano comprese tra 60 e 70 °C. In molti casi, chi installa una pompa di calore in una casa esistente, già dotata di un bollitore con serpentina, scopre che la stessa serpentina non riesce più a garantire la stessa efficienza nella produzione di acqua calda sanitaria quando la vecchia fonte di calore viene sostituita dalla pompa di calore.

L'abbinamento tra una pompa di calore e uno scambiatore di calore a piastre può offrire diversi vantaggi importanti. Innanzitutto, il sistema è in grado di preparare l'acqua calda sanitaria più rapidamente, poiché lo scambiatore garantisce un trasferimento di energia estremamente efficiente.

Questo aspetto è particolarmente importante nelle abitazioni di grandi dimensioni, nei condomini, negli edifici commerciali o in qualsiasi struttura con un elevato fabbisogno di acqua calda sanitaria. In queste situazioni una serpentina tradizionale potrebbe non essere sufficiente.

Uno scambiatore di calore più efficiente è migliore per la pompa di calore e per il suo compressore

Uno scambiatore di calore più efficiente è vantaggioso anche per la pompa di calore stessa, migliorandone l'efficienza economica, la durata e l'affidabilità. Se lo scambiatore è sottodimensionato – che si tratti di una serpentina o di uno scambiatore di calore a piastre scelto in modo non corretto – la pompa di calore sarà costretta a spegnersi e riavviarsi più frequentemente. Ciò comporta un maggiore consumo di energia elettrica e, nel tempo, una maggiore usura del compressore, che rappresenta il cuore della pompa di calore e la cui sostituzione è particolarmente costosa e problematica.

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Lo scambiatore di calore a piastre presenta degli svantaggi?

Lo scambiatore di calore a piastre non è tuttavia una soluzione priva di svantaggi. Richiede componenti aggiuntivi dell'impianto, come una pompa di circolazione, valvole e tutti gli elementi necessari per realizzare un circuito supplementare. Di conseguenza, il sistema risulta più complesso rispetto a quello con un bollitore tradizionale dotato di serpentina. Inoltre, l'installazione deve essere realizzata da un professionista e comporta costi aggiuntivi. Con una serpentina, invece, il bollitore viene fornito già completo del sistema di scambio e l'installazione è decisamente più semplice.

Occorre considerare anche il costo dello scambiatore. Se destinato a una fonte di calore a bassa temperatura, deve essere dimensionato con un adeguato margine, cioè con una superficie di scambio superiore al minimo necessario. Questo rappresenta inevitabilmente un investimento maggiore.

È inoltre fondamentale scegliere correttamente lo scambiatore. Purtroppo capita spesso che gli installatori non sappiano dimensionare questo tipo di dispositivo e scelgano modelli che non possono garantire le prestazioni richieste, ad esempio perché troppo piccoli. Sono molto frequenti anche gli errori di collegamento degli scambiatori di calore a piastre commessi dagli stessi professionisti del settore.

Successivamente si afferma che lo scambiatore a piastre sia poco efficiente oppure che presenti sempre una notevole perdita di temperatura tra il lato primario e quello secondario. In realtà si tratta di conclusioni errate, dovute principalmente a errori di dimensionamento e di installazione. Pur non essendo un difetto dello scambiatore in sé, è opportuno ricordarlo, poiché molte persone hanno avuto esperienze negative di questo tipo. Da questo punto di vista, la semplicità d'installazione rappresenta certamente un vantaggio della serpentina.

Igiene dell'acqua calda sanitaria – accumulo o riscaldamento istantaneo?

Un altro aspetto importante nella scelta della soluzione riguarda l'igiene. In un bollitore tradizionale una notevole quantità d'acqua viene conservata per periodi prolungati; è quindi necessario mantenere temperature adeguate ed effettuare periodicamente cicli di disinfezione per prevenire la proliferazione di batteri come la Legionella.

Un impianto con scambiatore di calore a piastre può funzionare con un bollitore (naturalmente sì), ma può anche operare in modalità più vicina alla produzione istantanea, riscaldando l'acqua solo quando è richiesta. Ciò riduce il tempo di permanenza dell'acqua nell'impianto e può aumentare sia il comfort sia la sicurezza d'uso. Questa soluzione è particolarmente apprezzata anche perché consente di eliminare il bollitore, liberando spazio nel locale tecnico.

Scambiatore di calore a piastre o serpentina – quale soluzione scegliere?

Non è possibile affermare in modo assoluto che una soluzione sia sempre migliore dell'altra. Nel caso di una piccola abitazione unifamiliare con un consumo moderato di acqua calda sanitaria, un bollitore di qualità dotato di una serpentina sufficientemente ampia può rappresentare una soluzione del tutto adeguata.

Se invece l'obiettivo è ottenere la massima efficienza, una produzione rapida di acqua calda sanitaria e sfruttare appieno le potenzialità della pompa di calore, uno scambiatore di calore a piastre rappresenta spesso una soluzione più evoluta ed efficiente.

La scelta finale dovrebbe dipendere dalle caratteristiche dell'impianto, dalla potenza della pompa di calore, dal numero di utenti e dal livello di comfort desiderato nell'utilizzo dell'acqua calda sanitaria. In molti impianti moderni è proprio lo scambiatore di calore a piastre a consentire di sfruttare al massimo il potenziale della pompa di calore.

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