Generatori a biomassa: alimentare l’impianto di riscaldamento e accumulare acqua calda sanitaria

Il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni inquinanti in atmosfera derivanti dalla combustione sono ambiti che negli ultimi anni hanno portato i generatori di calore ad essere oggetto di una ricerca tecnologica che ne massimizzasse il rendimento e che al contempo abbattesse le percentuali di sostanze nocive contenute nei fumi di combustione evacuati in atmosfera.

In questo contesto anche l’utilizzo delle biomasse come combustibile per il riscaldamento, in particolare quelle solide come legna e pellet, è cresciuto esponenzialmente: il mercato offre prodotti la cui qualità e resa sono sempre migliori e garantiti e gli utenti sono sempre più sensibili all’aspetto ecologico oltre che al vantaggio economico.

Se fino a non molto tempo fa la stufa a pellet e il caminetto a legna erano elementi “limitati” in quanto capaci di riscaldare il solo locale di collocazione, e pertanto erano apparecchi destinati alla sola compartecipazione nell’ambito della climatizzazione invernale, oggi affiancando un tradizionale impianto a gas anch’essi possono avere potenze e rendimento adeguati per essere l’unica fonte di riscaldamento di un’intera unità immobiliare, di interi edifici, in ambito civile e non solo.

Come abbiamo visto nell’articolo riguardante i generatori a biomassa stufe e caminetti si possono suddividere in due categorie:

• Stufe e caminetti ad aria, ossia i generatori più “tradizionali”, che utilizzano appunto l’aria come vettore energetico riscaldando gli ambienti mediante irraggiamento e convezione. Il “limite” di tali apparecchi è che irraggiamento e convezione hanno luogo soltanto nel locale in cui è collocato il generatore. Va detto però che l’aria riscaldata da stufe e camini tradizionali, a patto che abbiano adeguata portata termica, può essere immessa in un impianto canalizzato e così veicolata anche verso altri ambienti.

• Termostufe (o idrostufe) e termocamini i quali, a differenza di quelli sopraccitati, utilizzano l’acqua come vettore energetico e che, pertanto sono in grado di riscaldare per irraggiamento l’ambiente in cui sono collocati ma, soprattutto, sono in grado di alimentare un impianto termico radiante (anche preesistente) e di fornire acqua calda sanitaria.

Tra i generatori a biomassa di ultima generazione è importante citare, infine, le caldaie a condensazione, il cui funzionamento è il medesimo rispetto alle tradizionali caldaie a gas e che, come queste ultime, possono arrivare a rendimenti superiori al 105%. Tali generatori perdono la caratteristica del riscaldamento per irraggiamento tipica di stufe e camini in quanto progettate appositamente per alimentare l’impianto radiante di riscaldamento e di distribuzione di acqua calda sanitaria.

Come si trasmette il calore dagli apparecchi a biomassa al vettore energetico? Gli scambiatori di calore

La trasmissione del calore generato dagli apparecchi a biomassa al vettore energetico, nel nostro caso l’acqua, avviene mediante uno scambiatore di calore, ossia un dispositivo in grado di accumulare il calore generato dal focolare per poi trasferirlo all’acqua che andrà ad alimentare i circuiti dell’impianto termoidraulico (di riscaldamento e di distribuzione dell’acqua calda sanitaria); tale dispositivo è cosiddetto “passivo” in quanto non genera né produce energia termica; il suo scopo è quello di massimizzare l’efficienza del trasferimento energetico tra un fluido ad alta temperatura ed un fluido a temperatura inferiore: la natura dei due fluidi oggetto di scambio determina la tipologia di scambiatore adeguata all’impianto. È possibile distinguere tre macrocategorie di scambiatori:

• A contatto diretto: lo scambio avviene tra fluidi (miscibili o immiscibili) a differente temperatura posti in diretto contatto tra loro;

• A contatto indiretto (scambiatori a superficie): i fluidi non sono in contatto diretto tra loro e lo scambio avviene mediante la cessione e l’assorbimento del calore da parte dei fluidi a diversa temperatura attraverso le superfici che li separano;

• Ad irraggiamento: il calore viene trasferito al fluido mediante l’irraggiamento diretto (come ad esempio nel caso dei pannelli solari).

Gli scambiatori più utilizzati nel caso degli impianti termici sono quelli a superficie, nei quali il trasferimento di calore avviene mediante conduzione; le tipologie più comuni sono:

• Scambiatori a tubi concentrici nei quali il fluido più freddo attraversa un condotto contenuto in un secondo condotto (camicia) coassiale attraversato dal fluido più caldo;

• Scambiatori a fascio tubiero nei quali il fluido più freddo viene convogliato in una serie di condotti che attraversano una camera (mantello) riempita con il fluido più caldo;

• Scambiatori a spirale nei quali i fluidi attraversano camere separate, in contatto tra loro, avvolte a spirale;

• Scambiatori a piastre nei quali i due fluidi lambiscono la piastra metallica che li separa e per mezzo della quale avviene lo scambio termico. Per compattezza, versatilità e semplicità è questa la tipologia maggiormente impiegata negli impianti domestici.

I serbatoi di accumulo per riscaldamento e acqua calda sanitaria

I condotti dell’acqua destinata al circuito d’impianto di riscaldamento e quelli destinati all’acqua calda sanitaria devono essere, naturalmente, separati e ognuno deve convogliare in un “serbatoio” dedicato che avrà funzione di “riserva” del vettore termico pronto all’utilizzo senza che questo comporti l’accensione del generatore. Uno degli aspetti che differenziano i generatori a biomassa da quelli a gas è, infatti, la mancanza del calore cosiddetto a produzione istantanea: il gas, infatti, garantisce l’attivazione immediata ad ogni prelievo di acqua calda richiesto (sia esso per il circuito di riscaldamento che per utilizzo sanitario), mentre i generatori a biomassa non sono in grado, per la natura del combustibile, di garantire questa istantaneità; tale caratteristica, che sarebbe errato definire “svantaggio” come spiegheremo in seguito, viene sopperita dalla presenza dei serbatoi d’accumulo specifici per il riscaldamento (puffer) e per l’acqua calda sanitaria (bollitore).

Il puffer è l’accumulatore che contiene l’acqua cosiddetta tecnica (o sporca) riscaldata dal generatore tramite lo scambiatore e destinata esclusivamente all’impianto radiante al quale è convogliata mediante le diramazioni che partono dai collettori d’impianto. Tale accumulo garantisce disponibilità di notevoli volumi d’acqua calda la cui temperatura è mantenuta tra i 70°C e gli 80°C mediante uno strato coibente che lo avvolge e, pertanto, senza che vi sia bisogno dell’accensione del generatore: il puffer, infatti, è dotato di un termostato in modo da far intervenire il generatore soltanto quando è necessario. Quando questo avviene le spirali o serpentine contenute in esso vengono riscaldate sino al ripristino della temperatura impostata. L’alimentazione del sistema di riscaldamento ciclico che avviene all’interno del puffer può provenire anche da più sorgenti come ad esempio pannelli solari o, in caso di coesistenza, da un secondo generatore di differente tipologia e/o funzionamento. Il puffer è pertanto in grado di ottimizzare l’utilizzo del generatore, nonché di assorbire gli eventuali sbalzi termici da esso derivanti, massimizzando in questo modo il rendimento del generatore, contribuendo a ridurne la manutenzione e portando quindi ad un risparmio sia energetico che economico.

Il bollitore, o boiler, è il serbatoio che contiene l’acqua pulita di utilizzo (acqua calda sanitaria) che, a differenza di quella contenuta nel puffer, è “a perdere”, vale a dire che l’impianto preleva l’acqua in esso contenuta fino allo svuotamento e provvede poi al ripristino della stessa. La temperatura dell’acqua contenuta nel bollitore, generalmente, viene regolata dal puffer e non direttamente dallo scambiatore collegato al generatore. Anche qui il riscaldamento del fluido avviene mediante serpentino o spirale e il mantenimento della temperatura impostata è affidata allo strato coibente, monitorato tramite termostato dedicato.

Nella progettazione degli impianti con accumulo, particolare attenzione va posta alla prevenzione del proliferare dei batteri della Legionella: la previsione di un ricircolo continuo d’acqua nel boiler e il mantenimento della temperatura della stessa al di sopra dei 55°C sono due accorgimenti necessari affinché non si incorra in tale pericolo (il riferimento normativo per progettazione e dimensionamento è la UNI 9182:2014). La temperatura in uscita, se troppo calda per l’utilizzo sanitario, può essere regolata mediante un dispositivo di miscelazione che mescoli l’acqua riscaldata con acqua fredda, naturalmente prelevata dalla parte d’impianto dedicata all’acqua sanitaria.

Impianti alimentati a biomassa: vantaggi e svantaggi

I vantaggi di un impianto alimentato a biomassa ci sono già noti: l’abbinamento con serbatoi di accumulo permette, come abbiamo visto, risparmio economico ed energetico, ma anche la disponibilità di grandi quantitativi d’acqua calda pronta all’uso, sia per la climatizzazione, sia per l’utilizzo sanitario che di entrambi in contemporanea senza che nessuno dei due circuiti subisca variazioni di temperatura dovute all’utilizzo contestuale. Oltre a questo si deve trascurare, dal punto di vista economico, la possibilità di detrazioni ed incentivi legati agli interventi di efficientamento energetico e di utilizzo di fonti rinnovabili per la produzione di energia.

Il principale svantaggio di questa tipologia d’impianto è rappresentato dalla quantità di spazio che occupano: il generatore, gli accumulatori e lo stoccaggio della biomassa combustibile abbisognano indubbiamente di un locale dedicato o, quantomeno, di un locale accessorio abbastanza grande da poterli ospitare. Tra le soluzioni tecnologiche più recenti, che in parte possono ridurre tale problema, vi è il puffer combinato (tank in tank) nel quale il bollitore per l’acqua calda sanitaria è inserito all’interno dell’accumulatore dell’acqua del circuito riscaldante. Il puffer, in questo modo, non solo elimina un elemento d’ingombro contenendolo al suo interno, ma funge da vettore di conduzione per il riscaldamento e il mantenimento della temperatura dell’acqua destinata ad uso sanitario.

La scelta della biomassa combustibile è del tutto soggettiva, tuttavia il pellet risulta il combustibile che ha il miglior rapporto tra rendimento, spazi di stoccaggio ridotti, reperibilità e possibilità di automazione di caricamento nel generatore.