Centrali termiche: per la conduzione

ci vuole la “patente”

Obbligo del patentino di abilitazione di 2° grado per la conduzione degli impianti termici sopra i 232 kW

Ing. Diego Danieli – Libero Professionista Venezia

Marzo-Luglio 2013

Gli impianti ad acqua calda

Impianti ad acqua calda

Sono impianti in cui il fluido riscaldante è costituitoda acqua riscaldata a temperatura intorno ai 70-90°C, senza però mai raggiungere la temperatura diebollizione.

In tali impianti troviamo il bruciatore, la caldaia, ilsistema a vaso di espansione, il sistema dicircolazione e di pompe, gli elementi riscaldanti.

Il vaso di espansioneIl sistema a vaso di espansione serve per assorbiregli aumenti di volume dell'acqua quando aumenta ditemperatura. Infatti l'aumento di temperaturaprovoca un aumento di volume di circa il 4% con ilpassaggio della temperatura dell'acqua da 15°C a90°C e di conseguenza un aumento di pressionedell'acqua dovuto alla incomprimibilità dell’acqualiquida .Se non ci fosse il vaso di espansione che consenteall'acqua di espandersi, l'impianto con la caldaiafinirebbe per scoppiare.

IMPIANTI AD ACQUA CALDA

Gli impianti ad acqua calda si possono suddividere in

quattro grosse categorie:

Impianti a pioggia a circolazione naturale.

Impianti a sorgente.

Impianti a livello.

Impianti monotubo.

Oggi esistono impianti solo con gruppo di pompaggio e si suddividono in :

Impianti a due tubi e impianti a collettore (modul)

TIPOLOGIA IMPIANTISTICATIPOLOGIA IMPIANTISTICA

IMPIANTI A PIOGGIA A CIRCOLAZIONE NATURALE

Qui il generatore di calore viene installato nel punto più basso dell'impianto, come ad esempio in una cantina.

Il tubo di mandata dell'acqua calda che parte dal generatore di calore sale fino al punto più alto dell'impianto e va ad alimentare i corpi scaldanti partendo dall'alto.

La circolazione dell'acqua calda è possibile perché durante la fase di riscaldamento, l'acqua aumenta di volume e diventa più leggera, permettendogli di salire in modo naturale fino a raggiungere il punto più alto da dove ridiscende passando per i corpi scaldanti e cedendo calore, si raffredda, si comprime e diventa più pesante, fino a rientrare in caldaia per essere di nuovo riscaldata. In questo modo non è necessario usare pompe di circolazione in quanto la circolazione è naturale.

IMPIANTI A SORGENTE.

Qui la tubazione di mandata dell'acqua calda alimenta i corpi scaldanti partendo dal basso, con o senza l'aggiunta di una pompa di cricolazione

IMPIANTI A LIVELLO

In questo caso, il sistema di distribuzione dell'acqua calda è posto sullo stesso piano del generatore di calore, per cui si rende necessaria l'installazione di una pompa di circolazione

IMPIANTI MONOTUBO.

In questo caso il sistema di distribuzione dell'acqua calda è formato da un'unica tubazione che porta il fluido termico contemporaneamente ai vari corpi scaldanti e riconducendola in caldaia.

Si tratta di una distribuzione ad anello sul perimetro dell’ambiente da scaldare in cui i corpi scaldanti sono posti in serie. In passato veniva utilizzato specialmente nell’edilizia a basso costo, in quanto consente risparmi sul costo delle tubazioni.

Distribuzione monotubo

• pregi: basso costo di installazione e di tubazioni• difetti: se si chiude un radiatore si blocca il flusso anche agli altri,essendo posti in serie. Questo problema viene risolto con un by-pass per ogni terminale. Inoltre il salto termico avviene non in ogni terminale, che quindi scambia poco calore, ma in tutto l’anello, costringendo ad alzare le portate e di conseguenza le perdite di carico.

Distribuzione a 2 tubi

il tipo di distribuzione che consente minor impiego di tubazioni senza precludere la possibilit`a di regolare il singolo terminale, come avviene nella monotubo. Consiste nel servire in serie e parallelo con due tubi i diversi terminali , che prendono il fluido dal tubo di mandata e lo scaricano su quellodi ritorno. Il ritorno di un terminale NON va quindi a quelli successivi, come nelmonotubo. Il collegamento pu`o esser fatto in due modi diversi, a seconda della lunghezza dell’impianto:ritorno sempliceritorno inverso

Distribuzione a collettore complanare – Modul o (ragno)

È questo forse il sistema più utilizzato dato che è abbastanza economico e ugualmente adeguato sia per edifici nuovi che per edifici esistenti. Il fulcro di questo sistema è rappresentato da particolari collettori chiamati collettorimodul. É questo in un realtà un doppio collettore, di cui uno per la mandata e uno per il ritorno, che sono possono essere rigidamente collegati tra sé ma non comunicanti dal punto di vista idraulico. Commercialmente si trovano collettoremodul con attacchi multipli: 3+3, 4+4, 5+5, 6+6 e così via.

SCELTA TIPOLOGIA IMPIANTISTICA IMPIANTI AD ACQUA

I radiatori sono corpi scaldanti che cedono calore per convenzionenaturale e irraggiamento. Il loro elemento costitutivo principale è il così detto elemento.

ESEMPIO – Portata acqua al radiatore

Determinare la portata di acqua al radiatore (G) tenuto conto di una potenza richiesta (P) pari a 1000 kcal/h e di un ΔT=10 °C (70°/60° C).

Q = m cp ΔT che equivale in termini di potenza a P = m cp ΔTPotremo allora scrivere:

TEMPERATURA FLUIDO TERMOVETTORE

TIPOLOGIA DI ESPANSIONE

Gli impianti termici si possono distinguere in due grandi categorie in base al loro sistema di espansione:

IMPIANTI A VASO APERTO

IMPIANTI A VASO CHIUSO

L’ESPANSIONE DELL’ACQUA

Con l’aumento di temperatura ogni liquido aumenta il suo volume, cioè“si espande “.

L’acqua , rispetto agli altri liquidi, presenta due anomalie:

la prima riguarda il fatto che essa varia il suo volume non sempre in modo lineare rispetto alle variazioni di temperatura;

la seconda è relativa, invece, al fatto che essa presenta volume minimo a circa 4°C (per l’esattezza 3,98°C). Quindi l’acqua si dilata non solo fra 4°C 100°C, ma anche fra 0°C e 4°C: ossia, l’acqua può dilatarsi non solo se riscaldata, ma anche se raffreddata.

Per l’acqua ci vuole una formula apposita:

E = V0 · ( e – e0 )dove:

E = volume di espansione, l

V0 = volume alla temperatura iniziale, l

e = coefficiente di espansione dell’acqua alla temperatura finale,

e0 = coefficiente di espansione dell’acqua alla temperatura iniziale.

I vasi aperti devono, inoltre, essere protetti contro il gelo ed avere sia un tubo di sfogo, comunicante con l’atmosfera, sia un tubo di troppo pieno.

IMPIANTI A VASO APERTO

Negli impianti a vaso aperto l'espansione dell’acqua avviene dentro vasche aperte opportunamente dimensionate, a contatto con l'atmosfera per mezzo di un tubo di sfiato.

Le vasche sono collegate alla caldaia tramite un tubo di carico e un tubo di sicurezza opportunamente dimensionati in base alla potenza della caldaia e che partono dalla caldaia e raggiungono il vaso di espansione collocato nel punto più in alto dell'impianto.

Questi tubi devono essere liberi e non intercettabili da alcun tipo di valvola o rubinetto.

Dal vaso di espansione esce il tubo del troppo pieno, mentre affluisce il tubo di alimentazione proveniente dall'acquedotto mediante un rubinetto e una valvola a galleggiante che servono a integrare l'acqua nell'impianto che si perde per evaporazione.

Vaso di espansione aperto visto dall'alto. Si può vedere il galleggiante, il tubo di carico immerso nell'acqua e le barre di tenuta per contenere le deformazioni del vaso quando è pieno d'acqua.

DIMENSIONAMENTO IMPIANTO

Il vaso di espansione deve essere dimensionato dal termotecnico in base alla capacità e dimensione dell'impianto termico in modo da assorbire gli aumenti di volume che subisce il fluido termico quando aumenta di temperatura.

Se il vaso di espansione è mal dimensionato si possono avere fuoriuscite di acqua dal tubo del troppo pieno durante la fase di riscaldamento e conseguente reintegro di acqua dall'acquedotto durante la fase di raffreddamento.

Questi reintegri di acqua sono nocivi per l'impianto termico perché possono provocare incrostazioni e corrosioni oltre a costituire uno spreco di acqua e di calore.

IMPIANTI A VASO CHIUSO

Nell'impianto termico a vaso chiuso, l'espansione dell'acqua avviene dentro dei recipienti ermeticamente chiusi e in pressione, collocati di solito nel locale dove si trova la caldaia.

Questi recipienti sono collaudati per resistere alle temperature raggiunte dall'acqua calda e alle relative pressioni.

A impianto freddo la zona d'aria viene messa in pressione ad un valore tale da essere superiore alla pressione esistente nell'impianto termico per via del dislivello idrostatico.

Quando l'acqua si scalda, si ha un aumento di volume dell'acqua che viene assorbito dal vaso di espansione comprimendo il cuscino d'aria in pressione, deformando la membrana elastica e aumentando il valore della pressione dell'aria.

Tutti i vasi chiusi devono essere collegati alla caldaia rispettando le stesse prescrizione di quelli aperti, cioè senza valvole di intercettazione.

Inoltre occorre inserire una valvola di sicurezza omologata ex-ISPESL (INAIL) che fa la stessa funzione del tubo di sicurezza negli impianti a vaso aperto.

Nell'impianto termico a vaso chiuso, l'espansione dell'acqua avviene dentro dei recipienti ermeticamente chiusi e in pressione, collocati di solito nel locale dove si trova la caldaia.

Questi recipienti sono collaudati per resistere alle temperature raggiunte dall'acqua calda e alle relative pressioni.

Sono di tre tipi:

AUTOPRESSURIZZATI.

PRESSURIZZATI.

A MEMBRANA

Autopressurizzati

Dove la pressione nel recipiente è data dall'acqua contenuta nell'impianto che entrando nel recipiente comprime l'aria in esso contenuta fino al raggiungimento dell'equilibrio idrostatico.

pressurizzati.

Nel vaso si pompa aria compressa fino a raggiungere l'equilibrioidrostatico

IMPIANTI A VASO CHIUSO

A MEMBRANA.

Vengono precaricati in pressione per eguagliare o superare la pressione dell'impianto. Una membrana elastica separa l'acqua dal cuscino d'aria che si trova all'interno del vaso.

Nel vaso chiuso a membrana c'è una membrana elastica che separa l'acqua dall'aria che fa da cuscino.

A impianto freddo la zona d'aria viene messa in pressione ad un valore tale da essere superiore alla pressione esistente nell'impianto termico per via del dislivello idrostatico.

Quando l'acqua si scalda, si ha un aumento di volume dell'acqua che viene assorbito dal vaso di espansione comprimendo il cuscino d'aria in pressione, deformando la membrana elastica e aumentando il valore della pressione dell'aria.

TUTTI I VASI CHIUSI DEVONO ESSERE COLLEGATI ALLA CALDAIA RISPETTANDO LE STESSE PRESCRIZIONE DI

QUELLI APERTI, CIOÈ SENZA VALVOLE DI INTERCETTAZIONE.

INOLTRE OCCORRE INSERIRE UNA VALVOLA DI SICUREZZA OMOLOGATA ISPESL CHE FA LA STESSA

FUNZIONE DEL TUBO DI SICUREZZA NEGLI IMPIANTI A VASO APERTO.

VASO APERTO, VANTAGGI -SVANTAGGI

Vantaggi

Maggiore sicurezza in quanto l'impianto non è in pressione Più economico e più semplice

Svantaggi

Maggiore consumo di acqua e combustibile per evaporazione e dispersione di calore dal vaso di espansione

Maggiore corrosione e incrostazioni delle tubazioni interne dell'impianto perché l'acqua venendo a contatto con l'aria e dovendo essere ricambiata per via dell'evaporazione, si ossigena e si carica di sali di calcio che si depositano sulle tubazione, se non viene trattata con appositi filtri.

VASO CHIUSO VANTAGGI-SVANTAGGI

Vantaggi

Minor consumo di acqua e combustibile

Maggiore durata delle tubazioni dovuta a minori incrostazioni e corrosioni essendo il circuitosigillato e quindi non a contatto con l’aria;

Svantaggi:

Minore sicurezza perché l'impianto è in pressione

Minore economicità perché necessita di dispositivi di sicurezza che rendono più complesso l'impianto e la sua realizzazione

CALDAIA A LEGNA

La legna ha un potere calorifico - rapportato al volume di combustibile -decisamente inferiore rispetto al metano od al gasolio, e brucia in maniera diversa, il che impone camere di combustione più grandi, superfici di scambio termico maggiori e accorgimenti di sicurezza diversi.

Il principale di questi accorgimenti di sicurezza è il vaso ad espansione aperto.

Oppure vaso chiuso con valvola di scarico termico

Se in una caldaia murale a gas, poniamo, una caduta di tensione od un guasto interrompono il funzionamento della pompa di circolazione, l'erogazione del gas viene quasi immediatamente interrotta, la combustione si interrompe, ed il momentaneo surriscaldamento della piccola quantità di acqua presente nella caldaia può essere facilmente compensato dal vaso ad espansione chiuso.

In una caldaia a legna la quantità di acqua presente nello scambiatore è molto maggiore (dai 20/30 litri di una termostufa sino agli oltre 100 litri dei più grandi termocamini) e la legna non smette certo di bruciare soloperchè la pompa di circolazione si è bloccata.

L'acqua ormai stagnante nello scambiatore, non più raffreddato dalla circolazione del fluido, è sottoposta ad un violento surriscaldamento che la porta molto rapidamente oltre il punto di ebollizione, aumentando enormemente la pressione nell'impianto e sottoponendolo ad un notevole stress.

Un vaso ad espansione chiuso dovrebbe essere di dimensioni enormi per compensare la variazione di pressione ed assorbire la produzione di vapore di decine di litri d'acqua in ebollizione. Pur in p esenza di tubi di sfiato di sicurezza, dunque, la norma italiana impone l'uso di un vaso ad espansione aperto, che assorbe in parte la variazione di volume del fluido, ma sopratutto consente il libero sfogo dei vapori, alleggerendo la pressione nell'impianto.