Schema Idraulico Caldaia a Condensazione: Funzionamento e Componenti

Nel settore del riscaldamento domestico è importante utilizzare sistemi evoluti, per contenere i consumi energetici e ridurre l’inquinamento ambientale. Sempre più efficienti e sicure le caldaie a gas sono il componente principale dei sistemi di riscaldamento nella maggior parte degli edifici, esse integrate con altri sistemi permettono anche lo sfruttamento delle fonti rinnovabili di energia, in particolare, quelle a condensazione che recuperano calore dalla condensa dei fumi di scarico, stanno ormai sostituendo in maniera definitiva le caldaie standard. In particolare, si tratta di una tecnologia inizialmente introdotta alla fine degli anni ’80, sebbene i nuovi modelli siano decisamente più evoluti rispetto ai primi esemplari.

La conoscenza di massima delle funzioni basilari di una caldaia, che saranno descritte di seguito può essere di supporto per un corretto utilizzo e per la prevenzione o l'interpretazione dei più comuni malfunzionamenti. L’ampia scelta di modelli sul mercato permette di scegliere quello più adeguato alle proprie necessità, ad esempio con basamento o a muro, con potenza standard di 35 kW o superiore. I modelli di caldaie più diffusi, a servizio degli appartamenti standard con dimensioni ordinarie, hanno potenze nominali di 24 kW, 28 kW e 32 kW e sono a camera stagna e tiraggio forzato.

Componenti e Circuiti di una Caldaia a Condensazione

In ogni caldaia è possibile distinguere due tipi di circuiti basilari: il circuito idraulico ed il circuito gas. La camera stagna definisce l'involucro che contiene la camera di combustione nella quale brucia il gas, con specifici rapporti stechiometrici, con l'aria ottenuti con la ventilazione forzata che contribuisce anche alla espulsione dei fumi prodotti. Altri componenti comuni a tutte le caldaie sono: il pannello dei comandi, la scheda elettronica e diversi accessori ed optional, forniti dalle case produttrici per far fronte alle varie esigenze di installazione, funzionamento ed integrazione con i diversi tipi di impianti, le dimensioni di una caldaia sono, generalmente, di circa 80 cm di altezza, circa 40 cm di larghezza e 20 cm profondità.

Compatibilmente con i circuiti descritti e per realizzare le connessione con gli impianti di riscaldamento e acqua calda sanitaria, nella parte inferiore di una caldaia è possibile distinguere un attacco per l'alimentazione gas (all'estermità del tubo giallo), un'uscita per l'acqua calda sanitaria, un'entrata per l'acqua fredda, un'uscita corrispondente con la mandata dell'impianto di riscaldamento ed un ritorno dello stesso impianto. Mandata e ritorno impianto sono alle estremità rossa e blu nella figura a lato.

Gli attacchi hanno misure standard, per il gas e l'impianto di riscaldamento sono di 3/4" mentre sono di 1/2" per l'acqua sanitaria, infine, è naturalmente presente un cavo per l'alimentazione elettrica della scheda di controllo della caldaia.

Circuito Idraulico

Il circuito idraulico nella caldaia può essere visto come un unico circuito che lavora in maniera esclusiva per il riscaldamento (attivo nella figura a lato) o per la produzione di acqua calda sanitaria (attivo nella figura sotto), esso è suddiviso in due sotto-circuiti, quello di riscaldamento collegato allo scambiatore termico in camera di combustione (scambiatore primario, in alto nelle immagini) e quello per la produzione di acqua calda sanitaria collegato ad uno scambiatore secondario (in basso nelle immagini), quest'ultimo scambia energia termica tra il primario e l'acqua fredda proveniente dalla rete idrica.

Funzionamento: Riscaldamento e Acqua Calda Sanitaria

I due sotto-circuiti idrici sono separati da una valvola a tre vie controllata dalla scheda della caldaia, in modo tale che uno solo alla volta dei due lavora, alla produzione di acqua calda sanitaria è attribuita una priorità maggiore rispetto alla funzione di riscaldamento. Sul sotto-circuito di riscaldamento è presente un gruppo circolatore che mette in moto l'acqua nell'impianto e che nelle caldaie più evolute è ad inverter, ossia, in grado di modulare i giri e quindi i consumi di energia elettrica in funzione della richiesta di energia termica dall'utenza.

Una valvola di sicurezza, generalmente tarata a 3 bar, ed un pressostato, sono i dispositivi che inibiscono il funzionamento del circolatore, e quindi della caldaia, qualora la pressione sul circuito di riscaldamento raggiunga valori eccessivi rispetto a quelli di normale funzionamento, la circolazione dell'acqua nell'impianto è preliminare all'avvio della combustione. In maniera analoga sul circuito sanitario un flusso-stato inibisce l'accensione della caldaia se non rileva il flusso, ossia, la circolazione dell'acqua che altrimenti raggiungerebbe temperature pericolosamente alte.

La capacità dei circolatori di mettere in movimento una certa quantità di acqua, vincendo con la pressione le resistenze offerte dall'impianto, è espressa dalla curva portata / prevalenza fornita dal costruttore. La portata esprime i litri per ora di acqua messi in movimento dal circolatore, mentre, la prevalenza che diminuisce all'aumentare della portata è espressa in m.c.a. (metri di colonna d'acqua). Un metro di colonna d'acqua è la pressione esercitata da una colonna di acqua alta 10 metri su una superficie di un metro quadrato, corrispondente anche ad 1 bar o 100 kPascal.

Mediamente i circolatori per le caldaie descritte hanno curva con portate e prevalenze che hanno rispettivamente range da 0 - 1500 litri per ora e 0 - 5 m.c.a. Anche il flussostato, sul circuito sanitario è caratterizzato da una portata ed una prevalenza che sono, generalmente, di circa 2 litri per minuto e circa mezzo bar.

L'attivazione della modalità di riscaldamento per una caldaia avviene a seguito di un segnale che giunge alla scheda di controllo e che può essere generato da un termostato ambiente, da un sensore o un dispositivo di controllo e o regolazione che può agire anche in remoto, la temperatura dell'acqua per il riscaldamento può variare, generalmente, in un range tra 30°C e 85°C. Successivamente alla richiesta di riscaldamento viene alimentato il gruppo circolatore ed attivato dopo che la scheda ha ricevuto i segnali del suo corretto funzionamento, dopo pochi secondi viene attivata la ventilazione e prodotta la combustione.

Perché una Caldaia a Condensazione Rende di Più?

Le caldaie a condensazione offrono un rendimento superiore per tre motivi principali:

Temperatura di uscita dei fumi inferiore (30-70 °C rispetto ai 120-160 °C delle migliori caldaie tradizionali) → +3-6% di rendimento di combustione.
Condensazione del vapore d’acqua nei fumi fino al 10%.
Minori perdite a vuoto, garantendo un’efficienza più elevata.

Condizione Necessaria per la Condensazione

Affinché la caldaia possa condensare, la temperatura di ritorno reale deve essere sufficientemente bassa per raffreddare i fumi sotto il punto di rugiada (circa 57 °C). In pratica, la condensazione inizia intorno ai 50 °C al ritorno in caldaia.

Fattori che Favoriscono la Condensazione:

Bassa temperatura dell’acqua di ritorno in caldaia (< 50 °C).
Funzionamento a bassa potenza.
Basso eccesso d’aria, che impedisce l’innalzamento del punto di rugiada.

Requisiti dell’Impianto per la Condensazione

Per ottenere il massimo rendimento dalla caldaia a condensazione, l’impianto deve essere progettato con:

Generatore a elevata modulazione,e, in presenza di radiatori o circuiti miscelati, in grado di mantenere salti termici elevati.
Regolazione accurata dell’eccesso d’aria, soprattutto alle basse potenze.
Valvole termostatiche sui radiatori, per ridurre la temperatura di ritorno e garantire il corretto funzionamento dell’impianto anche nei transitori.
Schema idraulico e regolazioni adeguate per evitare dispersioni di calore.
Funzionamento continuo, evitando accensioni e spegnimenti frequenti.

Dubbi Comuni sulle Caldaie a Condensazione

Esistono alcuni preconcetti diffusi sulle caldaie a condensazione:

“Ci vuole l’impianto a pannelli radianti per condensare” ❌ Falso, è possibile condensare anche con i radiatori, se ben regolati.
“Non si può condensare con i radiatori” ❌ Falso, la regolazione termostatica permette un’efficienza ottimale anche con i radiatori.

Ottimizzare l'Efficienza: Circuiti e Regolazioni

Il dimensionamento di un impianto riguarda le condizioni di progetto, cioè quelle di massima potenza richiesta, situazioni che non si verificheranno quasi mai. Occorre quindi far erogare all’impianto la potenza necessaria istante per istante ed a tal fine occorrono:

circuiti idraulici adeguati
un sistema di regolazione dell’emissione del calore

Tipologie di Circuiti Idraulici

I circuiti più adatti per la condensazione sono:

Circuiti di distribuzione a portata variabile
Circuiti di distribuzione a temperatura scorrevole

Questi circuiti consentono di mantenere la temperatura di ritorno il più bassa possibile, favorendo la condensazione.

Regolazione dell’Emissione del Calore

Per modulare la potenza termica si possono adottare diversi sistemi:

Regolazione della temperatura di mandata
- Tramite sensori di temperatura esterna o interna.
- Con valvole miscelatrici o generatori a temperatura scorrevole.
Regolazione della portata
- In funzione della temperatura interna (o del set-point aria)
- Con continuità, con valvole termostatiche e valvole a by-pass
- Con valvole di zona ON-OFF a 2 o 3 vie.
Regolazione dello scambio termico
- In funzione della temperatura interna (o del set-point aria)
- Con attivazione di un ventilatore (ventilconvettori ed aerotermi)
Una combinazione delle due precedenti

Questi sistemi possono essere usati singolarmente o in combinazione per massimizzare l’efficienza.

Come Far Condensare una Caldaia con i Radiatori

Ci concentreremo nell’analisi dei circuiti che impiegano valvole termostatiche, la soluzione più moderna ed efficace per il controllo di impianti di riscaldamento a radiatori. La regolazione a portata variabile prevede che la potenza emessa sia controllata agendo sulla portata circolante nell’impianto. In pratica questo tipo di regolazione si attua installando su ciascun corpo scaldante una valvola termostatica.

Vantaggi delle Valvole Termostatiche:

Riduzione della portata d’acqua, minimizzando i consumi elettrici e il costo della pompa.
Bilanciamento automatico dell’impianto, evitando fenomeni di instabilità.
Temperatura di ritorno più bassa, favorendo lo sfruttamento di caldaie a condensazione.

Questo sistema risulta ad oggi il migliore per garantire il massimo livello di condensazione con le moderne caldaie a gas in impianti a radiatori!

Alcune configurazioni possono impedire la condensazione, come nel caso di impianti con compensatore idraulico. Se la portata del circuito primario è superiore a quella del secondario, il delta T si riduce, aumentando la temperatura di ritorno e annullando la condensazione.

Schema Impianto di Riscaldamento: Componenti e Tipi

Lo schema impianto di riscaldamento rappresenta la mappa dettagliata del sistema che permette di distribuire calore in maniera efficiente all’interno di un edificio. Una progettazione accurata di questo schema è fondamentale per garantire un comfort termico ottimale, minimizzando gli sprechi energetici e contribuendo alla sostenibilità ambientale.

Come Funziona uno Schema Impianto di Riscaldamento

Gli schemi degli impianti di riscaldamento rappresentano graficamente la disposizione dei componenti e le connessioni all’interno dell’impianto. Il concetto di base è il trasferimento di calore: l’acqua calda viene prodotta da una caldaia e circola attraverso il sistema per riscaldare gli ambienti. I collegamenti tra componenti come tubature, valvole e radiatori sono indicati negli schemi, consentendo una visione d’insieme del flusso termico.

Componenti Principali di un Impianto di Riscaldamento

Caldaia: riscalda l’acqua utilizzando varie fonti di energia.
Radiatori: distribuiscono il calore all’interno degli ambienti.
Tubi e circuiti: trasportano l’acqua calda nell’impianto.
Valvole di controllo: regolano il flusso dell’acqua.
Termostati e termostatici: mantengono la temperatura desiderata.
Pompe di circolazione: favoriscono il movimento dell’acqua.
Espansione e serbatoi di accumulo: gestiscono i cambiamenti di volume dell’acqua.

Tipi di Impianto di Riscaldamento

Radiatori: sistema classico con radiatori in ghisa, alluminio o acciaio.
Impianto elettrico: utilizza energie rinnovabili come il fotovoltaico.
Impianto con caldaia: abbinata ai termosifoni, con varianti ecosostenibili come il sistema a biomassa.
Impianto a soffitto: radiante a soffitto per una diffusione uniforme del calore.
Impianto a parete o battiscopa: tubi dietro le pareti per un’estetica migliorata.
Impianto di riscaldamento a pompa di calore: sfrutta fonti energetiche rinnovabili.
Impianto centralizzato: singolo generatore per più unità abitative.
Impianto a pavimento: tubi sotto il pavimento per un calore uniforme.
Impianto a muro: pannelli radianti a parete per riscaldamento localizzato.

Simboli negli Schemi di Impianto

Gli schemi di impianti di riscaldamento sono arricchiti da simboli grafici che rappresentano diversi elementi:

Caldaia: rettangolo con un triangolo al centro.
Tubi: linee con frecce che indicano la direzione del flusso dell’acqua calda.
Valvole: simboli specifici per valvole termostatiche, di zona e di chiusura.
Pompa e circolatori: simboli per indicare la circolazione dell'acqua.
Radiatori e termosifoni: simboli per la distribuzione del calore.

Flusso dell’Acqua, dell’Energia e del Calore

Il flusso dell’acqua, dell’energia e del calore all’interno degli impianti di riscaldamento è un processo complesso che svolge un ruolo fondamentale nell’assicurare un’efficienza termica ottimale:

Ciclo di circolazione dell’acqua: l’acqua fredda viene prelevata dalla caldaia e circola attraverso i radiatori.
Caldaia e riscaldamento dell’acqua: l’acqua fredda entra nella caldaia, dove viene riscaldata.
Trasferimento di calore: l’energia termica contenuta nell’acqua calda viene trasferita all’ambiente.
Ritorno dell’acqua raffreddata alla caldaia: l’acqua raffreddata ritorna alla caldaia attraverso un circuito chiuso.
Bilanciamento del flusso: è fondamentale che il flusso dell’acqua sia bilanciato in modo uniforme.
Efficienza energetica: un flusso dell’acqua ben progettato contribuisce all’efficienza energetica dell’impianto.

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