Dimensionare la caldaia a condensazione secondo la UNI EN 12831, con produzione di ACS combinata al solare termico

Le caldaie a condensazione sono un tipo di generatore utilizzato per il riscaldamento di edifici e per la produzione di acqua calda sanitaria.

Questa tecnologia sfrutta il principio della condensazione per aumentare l’efficienza e ridurre le emissioni di gas nocivi in ambiente.

Difatti, mentre le caldaie tradizionali rilasciano i gas di scarico direttamente nell'atmosfera dopo averli riscaldati; le caldaie a condensazione raffreddano i fumi al di sotto del loro punto di rugiada, facendo sì che il vapore acqueo contenuto in essi si condensi in acqua.

Il cambiamento di fase da vapore a liquido rilascia energia, calore latente, che viene trasferito all’acqua del circuito di riscaldamento, aumentando l’efficienza complessiva della caldaia. Grazie al miglior rendimento delle caldaie a condensazione rispetto a quelle tradizionali, questa tecnologia presenta anche ridotte emissioni di CO₂, contribuendo così alla riduzione dell’impatto ambientale. Inoltre, aumentando l’efficienza si riduce il consumo di gas combustibile che si traduce in risparmio economico.

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Il dimensionamento di un impianto termico alimentato da una caldaia a condensazione

Il corretto dimensionamento di una caldaia a condensazione è essenziale per garantire un funzionamento efficace ed efficiente del sistema di riscaldamento e produzione dell’ACS dell’edificio; infatti, una caldaia a condensazione massimizza la sua efficienza quando opera in modo continuativo a carico parziale.

Un’istallazione sovradimensionata può causare accensioni e spegnimenti frequenti, riducendo l’efficienza ed aumentando i costi operativi.

D’altronde una caldaia a condensazione che opera costantemente a carico massimo o che subisce frequenti accensioni e spegnimenti può subire uno stress eccessivo, il che potrebbe ridurre la sua vita utile.

Il dimensionamento corretto di un qualsiasi sistema termico e in particolare di una caldaia a condensazione è cruciale per garantire efficienza energetica, comfort, durata dell’apparecchio, sicurezza e costi di esercizio ottimali.

Le linee guida per il dimensionamento degli impianti termici, fornite dalla norma UNI EN 12831 sono applicabili a una vasta gamma di edifici, tra cui quelli adibiti a uso residenziale, uffici, strutture pubbliche, scuole, ospedali, biblioteche, edifici commerciali e industriali.

Queste procedure consentono di determinare il carico termico dell'edificio in condizioni invernali, quando il sistema termico opera in regime stazionario.

Tale valutazione richiede l'analisi delle perdite di calore dovute alla trasmissione termica, comprese quelle causate dai ponti termici, nonché quelle dovute alla ventilazione.

ϕ_I = ϕ_T,i + ϕ_V,i

Con: ϕ_T,i = potenza dispersa per trasmissione;
ϕ_V,i = potenza dispersa per ventilazione.

Le perdite di calore per trasmissione sono il risultato degli scambi termici tra l'interno dell'edificio e l'ambiente esterno attraverso superfici opache e trasparenti, ambienti non riscaldati, locali con temperature diverse e il terreno circostante.

Per calcolare le perdite di calore dovute alla ventilazione e all'infiltrazione dell'aria nei locali residenziali, è possibile fare riferimento ai valori indicati nell'appendice D della norma UNI EN 12831. In alternativa, si possono utilizzare le portate d'aria specificate nella norma UNI 10339.

Nel caso in cui si preveda di ridurre la temperatura interna o di spegnere il sistema termico durante le ore notturne, al fine del risparmio energetico, è necessario calcolare la potenza aggiuntiva richiesta per riportare i locali alla temperatura desiderata, in un determinato lasso di tempo.

Questa valutazione richiede l'utilizzo di modelli di calcolo dinamico sofisticati. Tuttavia, è possibile ottenere una stima, approssimativa e semplificata, utilizzando il fattore di correzione f_RH indicato nella norma UNI EN 12831, a condizione che si verifichino determinate circostanze.

Per calcolare le potenze relative alle perdite sopra descritte, è necessario determinare la differenza di temperatura tra l'interno dell'edificio e l'ambiente esterno, tenendo conto della posizione geografica dell'fabbricato stesso. La temperatura interna di progetto dipenderà dall'uso previsto dei locali e dalle condizioni circostanti.

Le indicazioni specifiche per questi valori possono essere trovate nella norma UNI EN 12831. Invece, la temperatura esterna di progetto è definita dalla norma UNI 5364 e dall'allegato nazionale della UNI EN 12831. Di seguito vengono fornite tabelle indicative delle temperature di progetto.

Una volta determinata la potenza necessaria a riscaldare l’edifico nella condizione più gravosa, ovvero quella con la temperatura esterna più rigida, si può procedere alla valutazione del generatore di calore.

Nel caso della caldaia a condensazione, avendo nella maggior parte dei casi un bruciatore modulante, si potrà avere una buona variazione della potenza fornita a seconda della richiesta dell’edificio. Difatti nella maggior parte delle ore di funzionamento della caldaia, si avrà un carico inferiore a quello di progetto calcolato.

Questa casistica si presenterà quando l’immobile sarà nella situazione di mantenere le condizioni di comfort interne raggiunte in precedenza, oppure la temperatura esterna non sarà così rigida da richiedere tutta la potenza erogabile dal generatore. L’andamento della potenza in funzione della temperatura esterna è identificato dalla firma energetica, in condizione di funzionamento dell’impianto h 24 o inferiore.

Difatti grazie alla regolazione climatica interna al generatore, questo è in grado di modulare la potenza fornita in riferimento della temperatura esterna registrata, riducendo pertanto i consumi di combustibile e le emissioni in ambiente.

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