Bollitori per acqua calda sanitaria

I bollitori per l'acqua calda sanitaria

L'acqua calda nei secoli

L'accesso all'acqua calda per lavarsi è una comodità fondamentale che ha cambiato la vita quotidiana e le abitudini igieniche delle persone nel corso della storia. I sistemi per produrre acqua calda si sono evoluti molto, diventando sempre più sicuri, efficienti e comodi.

I bagni comuni ai tempi dei romani

Nelle civiltà antiche, l'acqua calda era importante non solo per il comfort, ma anche per l'igiene e i rituali. Le prime tecniche per riscaldare l'acqua erano molto semplici, come l'uso di fuochi o bagni pubblici riscaldati dai Romani e dai Greci.

Le stufe a legna nel medioevo

Nel Medioevo, grandi caldaie a legna o carbone venivano usate nei monasteri e nei castelli per scopi igienici e culinari, ma erano riservate a poche persone. Durante l'Età Moderna, si iniziarono a sviluppare le prime stufe e caldaie domestiche, ma erano ancora costose e non diffuse. I riscaldatori a legna si diffusero e divennero più comuni nel XIX secolo soprattutto in Inghilterra e negli Stati Uniti, ma richiedevano molta manutenzione e potevano essere pericolosi se non usati correttamente.

I tempi moderni ed il gas

Nel XX secolo, con l'introduzione del gas naturale e dell'elettricità, la produzione di acqua calda diventò più facile e sicura. Le caldaie a gas e gli scaldabagni elettrici iniziarono a diffondersi nelle case.

Il futuro del riscaldamento dell'acqua

Nel XXI secolo, l'attenzione si è spostata verso sistemi più efficienti e sostenibili. Le caldaie a condensazione, ad esempio, riducono il consumo di energia e l'inquinamento. Anche l'uso di tecnologie come il solare termico e le pompe di calore per produrre acqua calda è aumentato, grazie alla maggiore consapevolezza sull'ambiente e il risparmio energetico.

Come si produce l'acqua calda sanitaria

Per produrre acqua calda per usi sanitari, esistono due principali tipi di sistemi: quelli ad accumulo e quelli istantanei.

• Sistemi ad accumulo: l'acqua viene riscaldata in anticipo e conservata in un serbatoio (o "bollitore") fino a quando non serve. Questo garantisce acqua calda subito disponibile, ma bisogna usare energia per mantenerla sempre alla temperatura giusta, anche quando non viene utilizzata.

• Sistemi istantanei: l'acqua viene riscaldata solo quando serve, attraverso uno scambiatore di calore. In questo modo, si evita di consumare energia per mantenere l'acqua calda in ogni momento.

Entrambi i sistemi possono funzionare in due modi:

• Modalità diretta: il generatore di calore riscalda direttamente l'acqua.
• Modalità indiretta: il generatore riscalda un altro liquido che, a sua volta, riscalda l'acqua sanitaria attraverso uno scambiatore di calore. Questo metodo permette di usare lo stesso generatore anche per altre cose, oltre a riscaldare l'acqua.

Esistono poi due modalità di organizzare la produzione di acqua calda:

• Sistemi centralizzati: l'acqua calda viene prodotta in un'unica centrale e distribuita a tutte le utenze (es. grandi condomini, hotel, ospedali). Questo sistema semplifica la manutenzione e risparmia spazio, ma bisogna fare attenzione a mantenere la temperatura costante durante la distribuzione e prevenire la crescita di batteri come la Legionella.

• Sistemi localizzati: l'acqua calda viene prodotta direttamente dove serve (es. in case o uffici). Questo evita problemi legati alla temperatura e ai rischi igienici, ma richiede uno spazio dedicato in prossimità delle zone di utilizzo, e una fonte di energia (gas, elettricità...).

I bollitori ad accumulo

L'acqua calda sanitaria viene prodotta riscaldando l'acqua e conservandola in serbatoi chiamati "bollitori". Questi serbatoi hanno quindi la funzione di immagazzinare l'acqua e di mantenerla alla temperatura desiderata. Per funzionare bene e in sicurezza, i bollitori devono essere fatti con materiali speciali che resistono al calore e garantiscono che l'acqua rimanga pulita e priva di batteri.

Di solito, i bollitori sono costruiti in acciaio, che può essere rivestito internamente con pellicole protettive o smalti, oppure possono essere realizzati in acciaio inossidabile. Per mantenere il calore, i bollitori sono isolati con materiali come lana minerale o schiume poliuretaniche, che possono essere rigide o morbide.

La scelta tra un isolamento smontabile o rigido dipende dalle dimensioni del bollitore. L'isolamento smontabile è preferibile per i bollitori di grandi dimensioni, perché è più facile da spostare e far passare attraverso porte strette. L'isolamento rigido, invece, è più adatto ai bollitori piccoli e offre un aspetto esterno migliore.

Bollitori a produzione indiretta

La produzione indiretta di acqua calda avviene quando il calore è generato da una fonte separata dal bollitore. Per trasferire questo calore al bollitore, si usa un circuito di acqua tecnica, che riscalda l'acqua sanitaria attraverso uno scambiatore di calore. Ci sono due tipi principali di scambiatori: scambiatori immersi a serpentino e scambiatori esterni a piastre.

Scambiatori immersi a serpentino

Gli scambiatori immersi, noti anche come serpentini, sono la soluzione più comune nei sistemi di accumulo indiretto. Funzionano senza bisogno di una pompa aggiuntiva, poiché il calore è trasferito direttamente all'interno del bollitore grazie alla serpentina immersa. Questi serpentini sono realizzati in acciaio inox o rame e possono avere varie forme per migliorare l'efficienza del trasferimento di calore. Alcuni modelli hanno tubi con alette speciali per aumentare la superficie di contatto e migliorare le prestazioni.

Un vantaggio dei serpentini immersi è la loro versatilità: possono essere progettati per riscaldare anche la parte inferiore del bollitore, evitando che resti una porzione d'acqua fredda, nota come "volume morto". I serpentini possono essere fissi o estraibili; i modelli estraibili sono più facili da pulire e manutenere, ma sono più costosi e di solito utilizzati in bollitori più grandi. Inoltre, i bollitori con serpentini immersi possono avere uno o più scambiatori, il che permette di usare diverse fonti di calore contemporaneamente, come nei sistemi ibridi o che sfruttano l'energia solare.

Scambiatori esterni a piastre

Gli scambiatori esterni a piastre sono più avanzati dal punto di vista tecnologico e offrono un trasferimento di calore molto più efficiente rispetto ai serpentini. Sono ideali quando si ha bisogno di mantenere una differenza minima di temperatura tra il generatore di calore e l'acqua accumulata, ad esempio con pompe di calore o quando si deve gestire molta acqua calda.

Gli scambiatori esterni sono particolarmente utili quando si richiede un funzionamento continuo e affidabile. Tuttavia, sono più costosi e complessi da installare rispetto ai serpentini, poiché richiedono una pompa di circolazione dedicata che trasferisca il calore tra il bollitore e lo scambiatore. Per questo motivo, gli scambiatori esterni vengono utilizzati solo in casi in cui le loro prestazioni superiori sono indispensabili.

Bollitori a produzione diretta

Nella produzione ad accumulo diretta, l'acqua viene riscaldata direttamente da una fonte di calore. Il tipo di produzione varia in base alla fonte di calore utilizzata.

Bollitori a gas

I bollitori a gas riscaldano direttamente l'acqua con il calore prodotto dai fumi di un bruciatore a gas. Il bruciatore è posizionato sotto il serbatoio e i gas caldi passano attraverso il bollitore prima di uscire tramite un camino. Sebbene questi sistemi siano economici, non sono molto efficienti e spesso non soddisfano gli standard di efficienza richiesti dalle normative moderne. Per questo motivo, sono più comuni nelle sostituzioni di vecchi bollitori o in contesti industriali.

Bollitori elettrici

I bollitori elettrici sono semplici ed economici, composti principalmente da un serbatoio e una resistenza elettrica che riscalda l'acqua. Sono adatti per situazioni con bassa richiesta di acqua calda, come negli uffici. Tuttavia, non sono molto efficienti e non rispondono alle moderne esigenze di risparmio energetico.

Bollitori a pompa di calore

I bollitori a pompa di calore utilizzano una pompa di calore per riscaldare l'acqua. Questa pompa, solitamente posizionata sopra il serbatoio, preleva calore dall'aria ambiente e lo trasferisce all'acqua tramite un serpentino. Il calore prelevato viene espulso all'esterno. In alcuni casi, l'aria espulsa non è direttamente collegata all'esterno, quindi il locale in cui è installato il bollitore deve essere ben ventilato.

Esistono anche versioni in cui la parte esterna della pompa può essere installata direttamente all'aperto. Questi bollitori sono molto efficienti e conformi alle normative sull'efficienza energetica, ma hanno un costo di acquisto più elevato

L'importanza dell'isolamento termico dei bollitori

Isolamento = risparmio energetico

Per migliorare l'efficienza del sistema e ridurre le perdite di calore, è essenziale che il bollitore sia ben isolato, indipendentemente dal materiale utilizzato per l'isolamento. Una corretta installazione e manutenzione dell'isolamento termico aiuta a ridurre il consumo energetico e a limitare il mescolamento dell'acqua all'interno del serbatoio, permettendo così la creazione di strati d'acqua a diverse temperature. Ottenere un risparmio energetico nelle nuove abitazioni è uno dei principali obiettivi di progettisti e costruttori.

Conseguenze del mancato isolamento

Un cattivo isolamento delle pareti può causare movimenti dell'acqua, detti moti convettivi, che favoriscono il mescolamento all'interno del serbatoio. Se l'acqua fredda che entra dalla parte inferiore si mescola troppo con l'acqua calda che si trova nella parte superiore, la temperatura media del serbatoio diminuisce. Di conseguenza, la quantità di acqua calda disponibile per l'uso si riduce. Per questo motivo, mantenere la stratificazione dell'acqua all'interno del bollitore è cruciale. Un modo per facilitare questo processo è l'uso di bollitori verticali e ben isolati.

E nei bollitori domestici?

L'isolamento termico è ancora più importante nei bollitori di piccole dimensioni, poiché il rapporto tra la quantità di acqua contenuta e la superficie esterna è meno favorevole rispetto ai bollitori più grandi. Anche se in termini assoluti le perdite di calore sono maggiori nei bollitori di grandi dimensioni, a parità di temperatura interna ed esterna, la dispersione di calore per unità di volume è minore rispetto a quella dei bollitori più piccoli. Questo fenomeno si può notare nel calcolo del calo di temperatura per diverse combinazioni di volume e accumulo, come illustrato nella tabella seguente.