Un impianto di riscaldamento è un impianto termico per la produzione e la distribuzione di calore. In ambito civile si intende il sistema usato per riscaldare ambienti abitativi o lavorativi.
Quando il riscaldamento viene erogato dagli stessi dispositivi che forniscono anche raffrescamento e altre eventuali variazioni del microclima locale (ventilazione, umidificazione), viene detto di condizionamento o di climatizzazione.
IMPORTANTE: Se un impianto è al servizio di un processo produttivo o se utilizzato per processi di post riscaldamento, è esente dalle date e dagli orari indicati (es. caldaie che servono la produzione rimangono sempre accese).
(Leggi qui l’articolo sul D.P.R. 74/2013)
Un impianto di riscaldamento è composto principalmente da:
- Generatori di calore (o gruppi termici)
- Scambiatori di calore
- Vasi di espansione
- Organi di sicurezza (Valvole, termostati, pressostati)
- Strumenti di controllo (manometri e termometri)
1. GENERATORI DI CALORE
Generalmente sono composti da caldaie a gas metano di varie potenze termiche e di varie tipologie.
Nella normalità dei casi, il fluido riscaldato è l’acqua, fatta eccezione per caldaie che utilizzano il riscaldamento di olio diatermico per un successivo riscaldamento di acqua attraverso uno scambiatore.
Il riscaldamento dell’acqua può essere sfruttato a diverse temperature e pressioni, per cui, troviamo:
- Caldaie ad acqua calda (generalmente tarate a 80° C)
- Caldaie ad acqua surriscaldata (con temperature superiori ai 110° C ma, per pressione, l’acqua viene mantenuta allo stato liquido – Es 120° o 140°C)
- Caldaie a vapore (100° C stato di evaporazione dell’acqua)
- Caldaie a condensazione (generalmente tarate a 60°C)
La foto a seguire, mostra un particolare di una caldaia, ma, al momento, limitiamoci a capire il principio fondamentale che vale per tutte le caldaie.
- Un bruciatore a gas crea una combustione all’interno della camera.
- I fumi della combustione passano all’interno dei tubi da fumo sino ad uscire al camino
- Camera di combustione e i tubi da fumo sono circondati dall’acqua e quindi cedono calore
Per un concetto di efficienza di scambio termico è logico pensare che è importantissimo evitare incrostazioni tra le parti fumi e le parti acqua e che, risulta fondamentale, avere una combustione del bruciatore ben bilanciata (miscela aria e gas).
Una buona efficienza delle caldaie permette inoltre di avere meno sostanze inquinanti nelle emissioni dei fumi dal camino. (CO – CO2 – NOx)
Da questi principi nasce l’esigenza di una corretta manutenzione alle caldaie che si fonde con una manutenzione dedicata alla sicurezza di una apparecchiatura in ogni modo pericolosa (gas, combustione, pressione)
In primis si deve fare attenzione alla qualità dell’acqua utilizzata perché si deve, come detto, limitare il formarsi di incrostazioni sui tubi da fumo e sulla camera di combustione (dal lato acqua).
Per far ciò si devono eliminare il più possibile i Sali presenti nell’acqua prima dell’immissione dentro l’impianto.
I metodi più utilizzati sono:
- Gli addolcitori (quasi sempre presenti per costo contenuto)
- L’osmosi (più frequente su caldaie a vapore)
- La demineralizzazione (sistema migliore, ma costoso)
Si ricorre poi a sistemi di dosaggio di prodotti chimici come (antincrostanti, deossigenanti, filmanti) per garantire un miglior scambio termico e una efficienza costante nel tempo se si considera che la durata media di una caldaia è di circa 20/30 anni.
È buona norma poi, eseguire una pulizia interna della caldaia con una scovolatura dei tubi fumi (lato fumi) e la pulizia della camera di combustione. È opportuno inoltre verificare la parte lato acqua magari utilizzando una telecamera endoscopica. Queste operazioni devono essere svolte a caldaie ferme e siccome richiedono tempo, si tende ad eseguirle nelle stagioni estive.
Nella stagione invernale invece viene svolta la manutenzione del bruciatore con una verifica dei fumi con strumentazione dedicata (analizzatore di fumi).
Per la specificità di tali operazioni, conviene rivolgersi ad una ditta specializzata per effettuare due visite semestrali. La manutenzione a caldo, ovvero con le caldaie accese, consente di effettuare le prove che necessitano della caldaia funzionante, mentre la manutenzione a freddo, ovvero con le caldaie spente, consente di verificare le parti interne. Si consiglia sempre di eseguire una manutenzione a freddo prima dell’inizio della stagione (ottobre) e una manutenzione a caldo prima della fine della stagione (aprile)
Per una corretta gestione documentale è necessario:
- Tenere aggiornato il registro di centrale con analisi acqua e la verifica sicurezze
- Aggiornare il Libretto di climatizzazione con le prove di efficienza e la loro registrazione sui portali dei catasti termici regionali, se la caldaia è a servizio del benessere delle persone (D.P.R. 74/2013)
2. GLI SCAMBIATORI DI CALORE
Sono apparecchiature che sfruttano lo scambio termico di due fluidi idraulicamente separati. A grandi linee sono di due tipologie costruttive
Scambiatore a piastre:
E scambiatori a fascio tubiero
Il concetto del funzionamento è lo stesso per entrambe le tipologie e cioè:
Ottenere uno scambio termico tra due fluidi senza che essi vengano idraulicamente miscelati.
Abbiamo sempre un circuito idraulico primario che è usato per il passaggio della fonte di calore (Acqua, Olio diatermico, Vapore) ed un circuito secondario che riceve calore (solitamente acqua)
Gli scambiatori vengono utilizzati per svariati motivi quali:
- Passare da una temperatura ad un’altra come, ad esempio, il primario ad acqua surriscaldata 120°C ed il secondario ad acqua calda 80°C oppure un primario a vapore e il secondario ad acqua calda
- Passare da una pressione ad un’altra in quanto i due circuiti (primario e secondario) sono idraulicamente separati.
- Separare la qualità dell’acqua come, ad esempio, un primario con acqua di caldaia ed un secondario con acqua calda sanitaria (docce e rubinetterie).
Per la produzione di acqua calda sanitaria in grandi quantità vengono utilizzati serbatoi da 1000 o 2000 litri (Bollitori ACS) al cui interno è montata una serpentina attraversata da acqua calda di caldaia e/o acqua calda da pannelli solare termico. Anche questa apparecchiatura è a tutti gli effetti da considerarsi come uno scambiatore.
Anche per gli scambiatori è importante, come per le caldaie, mantenere un’efficienza di scambio evitando incrostazioni.
Nella tipologia a piastre, più efficiente per maggiore superficie di scambio, è ulteriormente importante evitare incrostazioni perché il passaggio dei fluidi avviene attraverso piccoli spazi tra le piastre stesse e quindi, oltre l’efficienza, si rischia l’otturazione da impurità e calcare.
Gli scambiatori generalmente vengono puliti una volta all’anno (stagione estiva) con dei flussaggi di soluzioni acide. Per gli scambiatori a fascio tubiero c’è, in ogni modo, la possibilità di apertura e scovolamento dei tubi. Da evitate assolutamente l’apertura di uno scambiatore a piastre perché è molto complicato richiuderlo. Se non si ottengono risultati con le soluzioni acide è forse più conveniente la sostituzione.
In alcuni casi si utilizzano scambiatori di calore direttamente al posto di un gruppo termico.
Esistono società di fornitura con grandi centrali che forniscono direttamente il fluido caldo (Acqua surriscaldata o vapore) in aree della città. Gli utenti usufruiscono del fluido attraverso uno scambiatore di calore ed evitano l’installazione di una (o più) caldaie. In questi casi, si parla di TELERISCALDAMENTO.
A seconda della tipologia di contratto di fornitura lo scambiatore può essere di proprietà dell’ente erogatore o del cliente stesso (da verificare il limite di fornitura)
Per gli scambiatori di teleriscaldamento è prevista la prova di efficienza energetica (allegato tipo 3) da registrare sui catasti termici da parte del proprietario (che sia o l’utente o la società di erogazione) o del terzo responsabile
3. VASI DI ESPANSIONE
Un qualsiasi fluido, se riscaldato, si espande. L’intero impianto di riscaldamento è riempito con acqua (Il vapore è un caso a sé) a freddo. E assolutamente necessario che dentro un impianto, non sia presente aria.
Dal momento dell’accensione delle caldaie o dal momento in cui viene riscaldata l’acqua, questa comincia ad espandersi.
Si genera a questo punto una pressione interna all’impianto che spinge su tutti i componenti, tubazioni comprese.
Per far sì che questa espansione venga letteralmente convogliata in uno o più punti precisi, sugli impianti vengono installati i vasi di espansione. Essi hanno dimensioni (in litri) proporzionali ai volumi d’acqua contenuti nell’impianto o della parte di impianto su cui sono installati.
Esistono tre tipologie di vaso di espansione:
Vaso di espansione chiuso:
Questi sono i più comuni. All’interno sono separati da una membrana in gomma che divide l’acqua dall’aria compressa. I vasi chiusi vengono sempre venduti con una pressione di precarica della parte aria, ma devono poi essere caricati con le pressioni calcolate a seconda dell’impianto su cui vengono montati.
L’espansione dell’acqua viene quindi ammortizzata dalla pressione dell’aria.
Un controllo da fare sicuramente durante la manutenzione è quello di verificare che la membrana in gomma non si sia bucata. Il metodo più semplice e veloce è sicuramente quello di dare dei colpetti con le nocche della mano sulla parte aria e sentire letteralmente un “suono vuoto” (la parte contiene aria e quindi la membrana è ok) oppure un suono pieno (che vuol dire che la parte contiene acqua e quindi la membrana è bucata). Con la membrana bucata, il vaso è da cambiare.
Altro metodo di verifica è quello di togliere il cappuccio del valvolino di carica (uguale identico a quello delle gomme dell’auto) e premere sopra (ad esempio con un piccolo cacciavite). Se uscirà acqua invece che aria vuole dire che la membrana interna è bucata e lo devi sostituire.
Un’altra accortezza che dovete sapere è quella che per scegliere la tipologia costruttiva (materiali) di un vaso di espansione chiuso, dovete tener presente il tipo di impianto su cui lo andate ad installare.
impianti di riscaldamento o impianti idrosanitari e autoclave devono avere vasi specifici (solitamente cambia il colore Rosso per il riscaldamento e bianco per idrico, ma meglio controllare la scheda tecnica ed ordinare quello giusto).
Un approfondimento valido sui vasi di espansione lo trovate sul sito CALEFFI
Altra tipologia di vaso di espansione è quella ad espansione controllata.
Si tratta sempre di un vaso chiuso, ma invece di contenere una membrana in gomma ed una carica di aria compressa, ha tutto un suo sistema autonomo di carica di aria (o azoto) per ammortizzare l’espansione dell’acqua mantenendo una pressione costante.
Questa tipologia di vaso ha volumi (litri) decisamente più grandi rispetto al normale vaso chiuso e viene installato quasi sempre nelle centrali termiche come vaso di espansione generale per impianti con grandi volumi d’acqua.
Questo tipo di vaso è usato anche nelle autoclavi
Sono vasi in cui, la pressione di esercizio viene mantenuta pressoché costante con l’espulsione dell’aria eventualmente in eccedenza durante le fasi di espansione dell’acqua (fase di riscaldamento) e con l’eventuale immissione di nuova aria compressa durante le fasi di contrazione dell’acqua (in fase di raffreddamento). La regolazione avviene tramite indicatori di livello e pressostati e la gestione dell’aria compressa è svolta da un compressore solitamente montato a bordo o da un “pacco bombole” di azoto.
La scelta tra aria o azoto è dovuta all’ossigeno che, come sappiamo, non è amico delle tubazioni in quanto crea banalmente ruggine.
Ultima tipologia di vaso di espansione è quella del vaso aperto.
Questo è costituito letteralmente da una vasca in cui il livello dell’acqua sale in espansione e scende in contrazione.
Solitamente è previsto un galleggiante per il carico dell’acqua dell’impianto per compensare quando il livello è troppo basso attraverso il tubo di carico. L’acqua in eccesso viene invece scaricata con una tubazione detta di “troppo pieno”.
Dove:
1 è il galleggiante che apre il carico dell’acqua
2 è la tubazione del carico dell’acqua
3 è la vasca (dimensioni a seconda dell’impianto)
4 è il tubo dell’impianto che scarica nella vasca l’acqua in espansione
5 è il troppo pieno che scarica l’acqua per non far riempire la vasca
6 è il tubo che va a caricare l’impianto
4. GLI ORGANI DI SICUREZZA
Ovviamente sono componenti molto importanti e devono essere controllati in maniera scrupolosa.
Apparecchiature come caldaie, scambiatori, vasi di espansione e serbatoi sono corredati di accessori di sicurezza.
Questi componenti rientrano anche nelle verifiche periodiche di funzionamento (vedi articolo sulla direttiva PED)
Parliamone ora con una veloce carrellata limitandoci a dire quali sono e a cosa servono.
Valvole di sicurezza di sovrapressione
Questo componente ha il compito di scaricare gli impianti in caso di sovrapressioni. Le valvole di sicurezza devono essere correlate di dichiarazione di conformità e di certificato di taratura.
Vanno verificate a seconda dell’apparecchiatura su cui sono montate (Verifiche periodiche INAIL 2 anni per impianti a vapore o ad acqua surriscaldata, 3 anni per aria compressa o 5 anni per impianti ad acqua calda)
Per valvole di piccola taglia conviene sostituirle a scadenza, per valvole di grandi taglie bisogna organizzare la “prova a banco” presso un ente certificato alle tarature.
E’ importante convogliare lo scarico per evitare incidenti in caso di intervento.
Valvole di scarico termico
Queste apparecchiature Scaricano l’impianto al raggiungimento di una temperatura di allarme, Su impianti ad acqua calda, ad esempio, sono sempre tarate a 90° C per evitare la vaporizzazione dell’acqua.
Vanno provate (e non tarate) per le verifiche periodiche di funzionamento
Termostati di sicurezza
Queste apparecchiature interrompono il circuito elettrico al raggiungimento di una temperatura di allarme.
Su impianti ad acqua calda, ad esempio, sono sempre tarati a 90° C per evitare la vaporizzazione dell’acqua.
Sono praticamente una “copia elettrica” della valvola di scarico termico Vanno provati (e non tarati) per le verifiche periodiche di funzionamento
Pressostati di sicurezza
Queste apparecchiature interrompono il circuito elettrico al raggiungimento di una pressione di allarme. Sono praticamente una “copia elettrica” della valvola di sicurezza
Vanno provati (e non tarati) per le verifiche periodiche di funzionamento
Valvole di intercettazione combustibile (V.I.C.)
Chiude il passaggio del gas in caso di superamento della soglia di sicurezza per la temperatura dell’acqua di mandata in una caldaia.
La particolarità della V.I.C. è quella di trasmettere la temperatura dal sensore al corpo valvola attraverso un capillare contenente un fluido termodilatatore. Possiamo quindi considerare che la V.I.C. lavora solo ed esclusivamente a livello meccanico e non elettrico.
La V.I.C. è tarata e certificata e va controllata nelle verifiche periodiche ogni 5 anni.
5. GLI STRUMENTI DI CONTROLLO
Le due misure controllate negli impianti termici sono sempre Temperatura e pressione.
All’interno di una centrale troverete infatti molti manometri e termometri. Essi devono infatti garantire il controllo del personale tecnico per verificare il corretto funzionamento dell’impianto.
E’ importante montare strumenti che abbiano un fondo scala adeguato ai valori di grandezza utilizzati nell’impianto e tenere sempre le misure a centro scala (Es: Su un impianto che lavora a 3 bar, montiamo un manometro con fondo scala a 6 bar piuttosto di uno con fondo scala a 30 bar). Questo accorgimento è valido per dare più precisione possibile alla misura.
Anche questi strumenti vengono controllati nelle verifiche periodiche di funzionamento dagli ispettori INAIL