Caldaia elettrica a doppio circuito: struttura, analisi dei vantaggi e svantaggi + cosa considerare nella scelta

Se non è possibile portare il gas in casa, per risolvere il problema del riscaldamento autonomo e del riscaldamento dell'acqua è necessario ricorrere a fonti energetiche alternative. Si possono installare generatori solari, riscaldare con legna o pellet. Tuttavia, la soluzione migliore potrebbe essere una caldaia elettrica a doppio circuito.

Nell'articolo che Le presentiamo viene descritto in dettaglio il principio di funzionamento e le varietà delle apparecchiature che trasformano l'energia elettrica in energia termica. Sono elencati i criteri che i futuri proprietari dell'apparecchio dovrebbero considerare prima dell'acquisto. Vengono forniti consigli per un utilizzo economico.

Principio di funzionamento del dispositivo

La struttura della caldaia a doppio circuito prevede l'inserimento in un unico apparecchio di due elementi riscaldanti per il riscaldamento dell'acqua e del fluido termovettore. Il sistema funziona grazie alla conversione della corrente elettrica in energia termica.

Caratteristiche strutturali della caldaia a doppio circuito

Per il riscaldamento dell'ambiente, alla caldaia viene collegato un circuito di riscaldamento di tipo chiuso, in cui circola il fluido termovettore. La seconda tubazione è destinata all'erogazione di acqua calda, che viene riscaldata in un serbatoio di accumulo integrato o secondo il principio a flusso continuo.

Durante la stagione calda, è possibile spegnere il riscaldamento e utilizzare la caldaia solo come boiler.

I due circuiti della caldaia elettrica possono funzionare sia indipendentemente l'uno dall'altro, sia contemporaneamente, riscaldando la casa e l'acqua.

L'apparecchio è composto dai seguenti elementi principali:

• un corpo con isolamento termico, valvole di ingresso e uscita;
• uno scambiatore di calore in cui circola il fluido termovettore;
• un sistema di controllo e un'unità automatica che consente di impostare i parametri di temperatura e accendere/spegnere l'apparecchio;
• un dispositivo di riscaldamento;
• un vaso di espansione per lo scarico della pressione;
• una valvola di sicurezza;
• uno sfiato (automatico o manuale) per l'eliminazione delle sacche d'aria;
• pompe di circolazione per il sistema ACS e riscaldamento;
• un gruppo di sicurezza con sensori di temperatura e relè.

Il principio di funzionamento della caldaia elettrica si basa sullo scambio termico: la pompa di circolazione immette acqua nel serbatoio, che viene riscaldata a una certa temperatura dall'elemento termico e viene poi convogliata o nel circuito di riscaldamento o nel sistema ACS.

In sostanza, un apparecchio elettrico a doppio circuito, come il suo equivalente a gas, può svolgere la funzione sia di caldaia domestica che di riscaldatore istantaneo per l'acqua.

Vantaggi e svantaggi dell'apparecchiatura elettrica

Il riscaldamento elettrico è considerato un metodo di riscaldamento ecologico, poiché non inquina l'aria con fumo e fuliggine come una caldaia a combustibile solido, né con monossido di carbonio e altri «residui» nocivi come le apparecchiature a gas.

Inoltre, la particolarità del funzionamento del riscaldamento elettrico elimina praticamente gli imprevisti di emergenza in caso di perdita d'acqua: se il fluido termovettore manca nel sistema, l'apparecchiatura si spegne automaticamente.

La caldaia elettrica ha un eccellente rendimento – 95-99%, ma anche un'elevata resa termica non compensa l'elevato consumo di elettricità, pertanto, rispetto a una caldaia a gas, l'apparecchio elettrico è in svantaggio.

Tra i vantaggi generali delle apparecchiature elettriche si possono inoltre includere:

• Installazione semplice – non è necessario realizzare una canna fumaria, un sistema di ventilazione forzata, allacciare la tubatura del gas e ottenere una miriade di permessi, come per l'installazione di una caldaia a gas.
• Sicurezza – la probabilità di perdite o ebollizione della caldaia elettrica è molto bassa; inoltre, la struttura dell'apparecchio non prevede l'uso di fiamme libere, materiali infiammabili o gas esplosivo.
• Dimensioni compatte – un aspetto importante per gli spazi piccoli. Inoltre, l'apparecchio può essere installato non solo nei punti previsti dal progetto (come le apparecchiature a gas), ma in qualsiasi punto comodo dove sia possibile il collegamento alla rete elettrica e all'impianto di riscaldamento.
• Silenziosità – la caldaia elettrica funziona senza vibrazioni, «emissioni» e altri rumori di cui soffrono le caldaie a combustibile solido e a gas.
• Costo accessibile sia dell'apparecchio stesso che della sua installazione e manutenzione.

Per quanto riguarda gli svantaggi, uno dei più significativi è il costo dell'energia consumata. Se si tratta di riscaldamento elettrico e ACS per un grande cottage, gli importi saranno considerevoli.

Pertanto, non sarà superfluo, prima dell'acquisto, effettuare almeno un calcolo approssimativo del consumo, analizzando le informazioni sulla superficie, il consumo di acqua e la potenza dell'apparecchio. E poi decidere se «la pelle vale la spesa» (ovvero se ne vale la pena).

L'installazione di controllori speciali, dispositivi di accumulo e contatori differenziati che funzionano in modalità «giorno-notte» può ridurre significativamente i costi.

Altri svantaggi:

• Dipendenza dall'alimentazione elettrica – in una zona con continue interruzioni di corrente, l'installazione di un tale apparecchio di riscaldamento perde la sua utilità. Tuttavia, se i blackout sono occasionali e non costituiscono la norma, l'acquisto di un generatore che accumula energia può risolvere il problema.
• Sbalzi di tensione di rete danneggiano la sensibile automazione della caldaia, pertanto prima dell'installazione dell'apparecchiatura è opportuno acquistare dei buoni stabilizzatori di tensione.
• Accumulo di calcare. Poiché per l'acqua calda sanitaria si utilizza acqua corrente, gli elementi riscaldanti si ricoprono gradualmente di calcare, che deve essere rimosso dall'apparecchiatura. La soluzione può essere l'installazione di filtri all'ingresso dell'acqua fredda e una regolare manutenzione.

Inoltre, prima di installare una caldaia elettrica, è opportuno verificare se la rete domestica è progettata per sopportare tale carico. Ad esempio, per una superficie di 200 metri quadrati saranno necessari almeno 16-20 kW.

E questo solo per il riscaldamento, senza considerare altri apparecchi elettrici. E se nei nuovi villaggi residenziali tale potenza è prevista mediante allacciamento a una rete trifase, per un terreno di campagna di solito non vengono allocati più di 10 kW.

Tipi di caldaie elettriche

Le moderne caldaie elettriche sono dotate di riscaldatori con diversi principi di funzionamento. Ma per essere utilizzate contemporaneamente sia per il riscaldamento che per la produzione di acqua calda sanitaria, solo gli apparecchi con struttura a TEN possono farlo.

Il collegamento della caldaia elettrica all'impianto di riscaldamento e all'acqua calda sanitaria prevede solitamente l'installazione di un boiler con scambiatore di calore o di un serbatoio per l'accumulo di acqua calda.

Altri tipi di apparecchiatura possono essere utilizzati per l'acqua calda sanitaria solo se si collega al circuito di riscaldamento un boiler a riscaldamento indiretto.

Apparecchi elettrici con resistenze

Nei modelli più comuni di caldaie elettriche sono integrati elementi riscaldanti – i TEN, realizzati in ceramica o metallo, che hanno la forma di aste, spirali o barre cave curve a forma di arco, all'interno delle quali è posta una resistenza di un determinato valore. Essi fungono da 'intermediari', riscaldandosi al passaggio della corrente elettrica e cedendo calore all'acqua.

Schema di struttura della caldaia elettrica a doppio circuito. Il numero di elementi dipende dalla potenza dell'apparecchio e dal suo volume interno, ma ulteriori TEN non solo aumentano la velocità di riscaldamento, ma anche i costi di elettricità e manutenzione.

Il principale difetto dell'apparecchio è la rapida formazione di calcare sui TEN, che ne compromette le prestazioni. Ad esempio, con uno spessore di incrostazione calcarea di soli 0,5 mm, il rendimento dell'apparecchio diminuisce del 10% rispetto al nominale, mentre con 2 mm del 35-40%!

Di conseguenza, il dispositivo riscalda l'acqua più lentamente, quindi il consumo di elettricità aumenta. Pertanto, la caldaia necessita di pulizie costanti e della sostituzione periodica degli elementi riscaldanti guasti.

Per prolungare la durata dell'elemento riscaldante, si consiglia di utilizzare un sistema di filtri di purificazione o di aggiungere al fluido termovettore speciali additivi addolcenti, e di riempire il circuito di riscaldamento con acqua distillata.

Inoltre, le caldaie con elemento riscaldante richiedono una regolare manutenzione, poiché si tratta di un uso sicuro dell'apparecchiatura. L'elemento riscaldante si usura gradualmente e può bruciarsi.

Se ciò accade con la depressurizzazione dell'involucro, è ancora un mezzo guaio. In questo caso, il nichelcromo riscaldato si sbriciola semplicemente al contatto con l'acqua e non rappresenta un pericolo per l'uomo. Ma se l'elemento staccato rimane nell'involucro intatto e continua a funzionare, l'intero involucro metallico, grazie all'acqua conduttrice, si troverà sotto tensione.

Apparecchiature di riscaldamento a induzione

Il funzionamento della caldaia a induzione si basa sull'induzione magnetica, che consente di convertire l'elettricità in energia termica. All'interno dell'involucro si trova un circuito primario con una bobina induttiva che, quando viene applicata tensione, crea un campo magnetico variabile.

Di conseguenza, si generano le cosiddette correnti di Foucault (o correnti parassite), che riscaldano il metallo, il quale trasferisce il suo calore al fluido termovettore in circolazione.

Le caldaie con elemento riscaldante, collaudate dal tempo, possono essere installate senza timore anche in una stanza abitabile, mentre per gli apparecchi a induzione è meglio prevedere un ambiente separato – nonostante le dichiarazioni pubblicitarie dei produttori, la medicina non ha confermato l'innocuità dei campi elettromagnetici per l'uomo.

Vantaggi delle caldaie a induzione rispetto agli apparecchi con elemento riscaldante:

• Il più alto livello di rendimento – 98-99%.
• Maggiore superficie di riscaldamento e, di conseguenza, trasferimento di calore più rapido.
• Sull'elemento riscaldante non si forma calcare.
• Completamente autonomi e non richiedono manutenzione.
• Oltre all'acqua, come fluido termovettore si possono utilizzare prodotti petroliferi e olio.

Lo svantaggio principale di tali apparecchi è il costo elevato e la necessità di collegare un bollitore a riscaldamento indiretto o un serbatoio di accumulo per fornire acqua calda alla casa. Pertanto, nonostante una serie di vantaggi delle apparecchiature a induzione, la palma del primato nella domanda dei consumatori è saldamente detenuta dalle caldaie a resistenza elettrica a doppio circuito.

Caldaie con riscaldatori a elettrodi

Il funzionamento della caldaia a elettrodi si basa sugli elevati valori di conducibilità termica dell'acqua. All'interno del corpo sono posizionati elettrodi negativi e positivi che generano corrente elettrica, tra i quali circola il fluido termovettore.

Il riscaldamento avviene grazie all'energia rilasciata quando le molecole vengono scisse in ioni carichi e al loro movimento verso l'elettrodo di polarità corrispondente. Grazie a ciò, il riscaldamento dell'acqua nella camera della caldaia avviene quasi istantaneamente.

Condizione indispensabile per la caldaia a elettrodi è un buon collegamento a terra, poiché gli apparecchi sono considerati dispositivi potenzialmente pericolosi e l'involucro può essere attraversato da una forte scarica elettrica.

Vantaggi delle caldaie a elettrodi rispetto agli apparecchi a resistenza:

• Riscaldano l'acqua 10 volte più velocemente.
• Consumano il 20-30% in meno di elettricità.
• Hanno dimensioni compatte anche con elevata produttività (il più delle volte i modelli sono a parete).
• Non si guastano durante le variazioni di tensione.

Ma a causa di notevoli svantaggi, le caldaie a elettrodi non si sono ancora diffuse ampiamente. Vengono utilizzate principalmente per il riscaldamento, ma è possibile organizzare un secondo circuito per l'acqua calda sanitaria a condizione di dotare il sistema di un bollitore a riscaldamento indiretto.

Questi apparecchi sono molto esigenti riguardo alla composizione del liquido che funge da termovettore. L'acqua di rubinetto comune è esclusa; si consiglia di utilizzare un liquido speciale con una composizione salina bilanciata. Inoltre, gli elettrodi si dissolvono gradualmente durante il funzionamento e necessitano di sostituzione.

Le caldaie a elettrodi sono molto compatte, ma non hanno un'elevata potenza; pertanto, per il riscaldamento di grandi superfici sono previsti moduli con più apparecchi collegati in serie.

Per un uso sicuro, si consiglia di dotare la caldaia a elettrodi di un kit di automazione aggiuntivo, venduto separatamente e spesso più costoso del dispositivo stesso. In primo luogo, include una pompa di circolazione e un regolatore elettronico della temperatura che controlla la temperatura di riscaldamento.

È necessario anche un controllore di corrente che regoli l'intensità della corrente, con la possibilità di spegnere l'apparecchiatura per evitare l'ebollizione dell'acqua.

A cosa prestare attenzione al momento dell'acquisto?

Una volta che ha capito quale tipo di apparecchio desidera acquistare, è il momento di pensare alle sue dimensioni e ai parametri tecnici.

Il più delle volte le caldaie elettriche vengono installate in cucina, ma è possibile allestire anche una mini-centrale termica che permetterà di nascondere le poco attraenti condutture e le apparecchiature aggiuntive (serbatoio di accumulo, bollitore a riscaldamento indiretto, ecc.).

Scelta dell'apparecchio in base al metodo di installazione

Indipendentemente dal tipo di costruzione, tutte le caldaie a doppio circuito possono essere suddivise in due grandi gruppi: a parete e a pavimento. Le dimensioni e la scelta del modello dipendono direttamente dall'area che deve riscaldare e anche dalla quantità di spazio libero disponibile per l'apparecchio stesso.

La caldaia a parete si distingue da quella a pavimento per le sue dimensioni ridotte – se necessario, può essere nascosta in un mobile pensile o in un armadio, ma anche non mascherata, l'apparecchio non appare ingombrante e si armonizza perfettamente con gli altri elettrodomestici.

Gli apparecchi a parete sono progettati per il riscaldamento di aree relativamente piccole – fino a 100 m², quindi vengono installati più spesso in appartamenti o in piccole case di campagna. Vengono fissati con staffe speciali a qualsiasi superficie verticale in grado di sostenere tale carico.

Le caldaie a pavimento sono dispositivi piuttosto ingombranti, ma possono fornire calore e acqua calda ininterrotta a una casa fino a 200 m²; inoltre, i serbatoi di accumulo possono essere integrati nell'apparecchio (il che ne aumenta notevolmente le dimensioni) oppure installati separatamente.

Se la superficie del cottage supera i 200 m², è possibile allestire un locale caldaia con diverse caldaie elettriche oppure utilizzare fonti di riscaldamento supplementari: apparecchiature a combustibile solido o pannelli solari.

Calcolo della potenza necessaria

Il metodo più semplice è dividere la superficie riscaldata per 10. Si ritiene che per riscaldare 10 m² vengano consumati 1 kW, ma il numero ottenuto è molto approssimativo, poiché tale calcolo è valido solo per ambienti con altezza non superiore a 3 metri.

Inoltre, le perdite di calore dipendono in gran parte dalla presenza di isolamento, dalla qualità e dimensione delle finestre, dalle caratteristiche climatiche della zona e dai materiali utilizzati nella costruzione della casa.

Se invece la casa ha soffitti alti, è necessario determinare prima il volume dell'ambiente (superficie moltiplicata per altezza). Poi calcolare la potenza necessaria considerando che per 1 m³ sono richiesti 35 W.

Durante l'acquisto, consideri modelli la cui potenza superi del 15-20% i valori calcolati – è meglio impostare la caldaia su una modalità più bassa piuttosto che soffrire il freddo in inverno con un'apparecchiatura che lavora al limite.

Al risultato ottenuto è necessario aggiungere un «margine»:

• 10% – in caso di ampie superfici vetrate (finestre panoramiche, veranda, ecc.).
• 15% – in assenza di isolamento domestico.
• 10-15% – per zone con inverni freddi.
• 20% – per il carico aggiuntivo in caso di funzionamento dell'acqua calda sanitaria in modalità riscaldamento istantaneo.

Nel calcolare la potenza richiesta per caldaie con serbatoio di accumulo integrato, è necessario fare riferimento ai dati indicati dal produttore nella documentazione tecnica.

Dai parametri tecnici della caldaia dipende anche il suo metodo di alimentazione. Gli apparecchi fino a 10 kW possono essere collegati a una normale rete a 220 V, mentre le caldaie più potenti a una rete trifase (inoltre, potrebbe essere necessario un permesso delle reti elettriche locali, se la casa non ha una linea a 380 V).

Altre sfumature importanti

In base al principio di riscaldamento dell'acqua, le caldaie elettriche a doppio circuito possono essere suddivise in a flusso continuo e ad accumulo. Le prime sono una buona opzione per una casa piccola e una famiglia, possono servire comodamente 1-2 punti di prelievo dell'acqua oltre al riscaldamento. Ma nonostante la compattezza e il comfort d'uso, l'apparecchio '2 in 1' ha un notevole svantaggio – un carico elevato sulla rete elettrica.

Invece, l'accumulatore occupa molto più spazio a causa del serbatoio aggiuntivo in cui viene conservata la riserva di acqua calda. Il vantaggio di questo tipo di apparecchiatura è che può fornire acqua in grandi quantità e consente di risparmiare fino al 10% sull'elettricità, poiché non consuma energia per il riscaldamento continuo, ma solo per mantenerne la temperatura.

Grazie all'involucro isolante, le perdite di calore dell'acqua nel serbatoio in un'ora non supereranno 0,5 gradi. Nel passaporto tecnico del dispositivo destinato al collegamento al sistema ACS (acqua calda sanitaria) devono essere indicati la sua portata – il minimo e il massimo di temperatura, il volume d'acqua e il tempo necessario per il suo riscaldamento.

Le moderne caldaie elettriche consentono di controllare il dispositivo e regolare la temperatura di riscaldamento negli ambienti tramite smartphone o sistema "casa intelligente".

Inoltre, la caldaia può essere dotata di:

• Unità di automazione per il controllo remoto tramite telecomando o rete.
• Protezione antigelo, che permette di mantenere una temperatura minima nell'impianto, utile per case di campagna e seconde case dove non ci sono residenti permanenti.
• Sensori che monitorano i cambiamenti meteorologici, accendono l'apparecchio al calare delle temperature e lo spengono nelle ore di sole.
• Attrezzatura che abbassa la temperatura dell'acqua per il collegamento al sistema «pavimento riscaldato».
• Sensori con possibilità di programmare il microclima in tutto l'ambiente o in singole stanze a propria discrezione.

Ovviamente, i "bonus" del produttore aumentano il costo dell'apparecchio, ma con il loro uso la caldaia è molto più comoda da gestire.

Modalità di risparmio durante l'uso

Per ridurre i costi dell'elettricità utilizzando una caldaia elettrica come dispositivo di riscaldamento e scaldabagno, è necessario ridurre le perdite di calore complessive della casa.

Prima di tutto, conviene sostituire i vecchi telai in legno con finestre moderne a 2-3 camere d'aria e occuparsi dell'isolamento delle pareti (meglio se esterno) con polistirolo, lana minerale o altri materiali a bassa conducibilità termica.

Altre opzioni di risparmio:

1. Un collegamento aggiuntivo o dispositivi separati che funzionano con energia alternativa (pannelli solari, generatori eolici, camino a legna) ridurranno significativamente il consumo di elettricità.
2. Un contatore multi-tariffa permetterà di pagare meno per il riscaldamento notturno, e durante i periodi di punta mattutini e serali l'apparecchio può essere spento (l'elettricità consumata tra le 8.00-11.00 e le 20.00-22.00 costa di più). E se si aggiunge un accumulatore di calore esterno al sistema, è possibile immagazzinare l'energia 'economica' notturna per utilizzarla durante il giorno.
3. Un recuperatore nel sistema di ventilazione aiuterà a mantenere l'aria riscaldata all'interno della casa.
4. Un programmatore settimanale raccoglierà i dati sul funzionamento del sistema per il periodo specificato, al fine di selezionare la modalità operativa più confortevole ed economica con un consumo energetico minimo.
5. I termoregolatori ambiente controlleranno i cambiamenti nel microclima della casa e trasmetteranno i dati al sensore integrato nella caldaia, che accenderà/spegnerà il riscaldamento, prevenendo il surriscaldamento dell'aria e inutili dispersioni di calore.

Con una corretta organizzazione del funzionamento della caldaia elettrica, è possibile ridurre il consumo di elettricità e i costi associati fino al 40%.

Con le opzioni di riscaldamento a risparmio energetico per la proprietà di campagna vi farà conoscere il prossimo articolo, che analizza nel dettaglio questa questione molto interessante.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Vi consigliamo di consultare una selezione di recensioni e consigli pratici sull'uso di caldaie elettriche di vari design per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria.

Le sfumature del riscaldamento elettrico – caldaie e altri apparecchi elettrici di riscaldamento, calcolo della potenza dell'attrezzatura e dei costi per la stagione di riscaldamento:

Sebbene le caldaie elettriche a doppio circuito sembrino molto comode da usare, prima di recarvi all'acquisto, calcolate le spese per l'elettricità durante il periodo freddo dell'anno o rivolgetevi ai termotecnici.

Forse vi consiglieranno un sistema più economico con una caldaia monocircuito e un bollitore ad accumulo a riscaldamento indiretto, o progetteranno un riscaldamento combinato, in cui l'’ingordigia' dell'apparecchio elettrico sarà compensata da fonti energetiche aggiuntive.

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