Caldaia elettrica a dissociazione Ionica

La nostra Società produce e commercializza la caldaia a dissociazione ionica, una nuova tecnologia di caldaia elettrica, adatta sia per applicazioni domestiche che industriali.

Con essa potremo ottenere , sia il riscaldamento domestico che la produzione di acqua sanitaria. Le particolarità più importanti che contraddistinguono questo prodotto, rispetto ad una caldaia elettrica dotata di una comune resistenza elettrica sono queste:

Non ultimo, ha un costo di acquisto relativamente contenuto.

Come vediamo da questo primo approccio è un prodotto veramente interessante, ma andiamo avanti con questa illustrazione del nostro prodotto.

La Caldaia a dissociazione Ionica si può collegare con i seguenti terminali radianti:

Confronto tra caldaia ionica e pompa di calore

Proseguiamo ora paragonando la caldaia oonica con una la pompa di calore, anche essa tecnologia elettrica.

Quali sono le principali differenze che contraddistinguono questi 2 prodotti , i pro ed i contro? Vediamo.

Pregi e difetti della pompa di calore

Iniziamo ad elencare i pregi delle pompe di calore, ed il primo in assoluto è la sua resa , il C.O.P.(Coefficient of performance), cioè la sua capacità di trasformare l’energia elettrica prelevata, in energia termica.

Oggi siamo arrivati a COP di 4,5, quindi per ogni Kw di energia elettrica prelevata produciamo 4,5 Kw di energia termica.

Questa resa è il massimo che la tecnologia oggi può esprimere, non c’è nessun altro prodotto che possa raggiungere questi livelli di resa , ……..ma, c’è un ma.

La parola “pompa” di calore che esprime la sua vera funzione, indica da subito che essa preleva il calore relativo presente all’esterno e lo trasferisce all’interno amplificato parecchie volte, da qui il termine “pompa”

Quindi la sua resa è legata alla temperatura esterna, in pratica più fuori fa freddo , meno scalda. Ed è questo il suo unico limite.

Infatti, se andiamo a leggere in dettaglio sulla scheda tecnica sulla voce COP, a fianco, c è sempre tra parentesi il riferimento del COP in base alla temperatura esterna, che è di + 8° . Quindi a +8° avremo una resa del 100%, ma quando siamo a temperature vicino o sotto lo Zero la sua resa scenderà , ed anche in maniera vistosa.

Quindi questo prodotto, in special modo il modello (aria/acqua) è consigliabile solo in zone climatiche temperate.

Le altre prestazioni della pompa di calore aria-acqua sono queste:

Poi ci sono altre famiglie di pompe di calore, quelle geotermiche, quelle acqua/acqua, quelle a doppio stadio, quelle che vano con il Co2, queste mantengono alti livelli di resa anche a temperature esterne molto rigide , e possono raggiungere temperature dell’acqua anche di 80°, ma sono prodotti professionali, ingombranti, molto costosi, che pochi possono permettersi di acquistare per una normale abitazione di 120mt/2 o più.

Come vediamo installare una normale pompa di calore aria/acqua al posto di una caldaia a metano su un vecchio impianto con termosifoni in ghisa, magari in una zona climatica con inverni rigidi, non è certo una cosa semplice, con risultati finali indubbi, sia sulla resa che sui costi di esercizio.

Ora con questa mia illustrazione non vorrei aver dato l’impressione di uno che parla male delle pompe di calore, me ne guarderei bene! ….anche perché negli ultimi 30 anni le pompe di calore mi hanno garantito un buon tenore di vita , vendendole, riparandole ed installandole, ma ho evidenziato il suo unico limite.

Tutto questo preambolo per arrivare al dunque , che è questo….

Qual ‘è la giusta applicazione di una Caldaia Ionica?

caldaia ionica elettrica

Vediamo.

caldaia ionica a basamento

Le nostre Caldaie Ioniche sono il frutto di 3 anni di ricerca , sviluppo e sperimentazione. Esse riescono a soddisfare applicazioni sia domestiche che professionali, con una gamma di potenze che vanno dai 3 Kw fino ai 100 Kw e più.

In catalogo abbiamo una linea di caldaie pensili, molto compatte, di varie potenze termiche, sia monofase che trifase, con uscita a due tubi.

Abbiamo poi un modello a basamento, compatta con serbatoio di accumulo incorporato da 70 LT. di varie potenze termiche , con uscita a 4 tubi 2 per il riscaldamento 2 per l’acqua sanitaria ,sia monofase che trifase.

Infine abbiamo la versione a basamento, ibrida, quindi come sopra, ma combinata con una pompa di calore che ne aumenta il COP medio, anche in questo modello avremo varie taglie di potenza termica sia monofase che trifase.

caldaia ionica ibrida

La caldaia pensile a due tubi può alimentare direttamente un impianto termico, oppure possiamo interfacciarla con un serbatoio di accumulo più o meno grande a seconda delle esigenze del caso e potremo includere anche altre fonti termiche come il solare termico, e far dialogare il tutto con un impianto fotovoltaico.

centrale termica tecnologia ibrida alto rendimento

Poi abbiamo la possibilità di fare centrali termiche di grandi dimensioni, mettendo in parallelo varie celle Ioniche.

caldaia cella ionica

Prestazioni della caldaia ionica

Parliamo ora in dettaglio delle reali prestazioni di questa caldaia perché è importante saperla ben dimensionare ed inserirla nel proprio impianto termico con una giusta logica, onde evitare di fare allacci elettrici troppo onerosi , (tipo 10Kw trifase o più), ed evitare di chiederle troppo, con la possibilità che arrivino poi delle bollette troppo pesanti.

Per evitare questo occorre adoperare dei serbatoi di accumulo che faranno da volano termico, per poi tarare l’assorbimento della cella a livelli modesti ed aumentare il nr. delle ore di funzionamento.

Oppure adoperare tecnologie ibride con pompa di calore e fotovoltaico.

Quindi è importante il progetto d’insieme, ma per questo ci siamo Noi a darvi una mano.

La casa a costo Zero

Voglio ora farvi un esempio pratico di una famiglia che vorrebbe raggiungere l’obbiettivo dell’indipendenza energetica sia termica che elettrica, è il sogno di tutti, zero bollette!

case in classe A

La famosa Casa a Costo Zero , che noi promuoviamo da anni, e ne abbiamo realizzate diverse.

La prima cosa da fare e convertire tutte le tecnologie da gas in elettrico.

Quindi installeremo un piano di cottura in vetroceramica ad induzione magnetica per cucinare, e pompa di calore con caldaia ionica per riscaldarsi e produrre acqua sanitaria.

La nostra unica fonte di energia sarà l’elettricità, che in parte possiamo produrre in proprio con un impianto fotovoltaico , ed in parte prelevare dalla rete.
Ora dobbiamo rispettare dei limiti e mettere dei paletti , che a volte sono indipendenti dalla nostra volontà.

Il primo paletto da mettere è quale potenza di utenza elettrica installare, intendiamo rimanere sotto i 6 Kw monofase o intendiamo adottare la trifase , quindi 10 Kw o più di potenza di contatore.

 “Che potenza di fotovoltaico installare?

3 /4,5 o 6 Kw monofase , oppure intendiamo fare un impianto trifase da 6/10/ o 15 Kw. Tutto dipende dalle dimensioni della casa , la sua classe energetica e dalla zona climatica in cui si trova, quindi la prima cosa da sapere è il fabbisogno termico della nostra casa.

Questo dato ci serve per andare avanti con il nostro progetto e razionalizzare le scelte, tenendo d’occhio le potenze elettriche disponibili e gli obbiettivi che intendiamo raggiungere ed in base a questo valore si saprà quanta energia elettrica ci impegnerà la sola centrale termica.

Poi, sommando questo valore con il resto dei consumi domestici, sapremo quanta potenza minima di contatore dovremo installare ed in base a questo valore sapremo se sarà un utenza trifase o monofase.

Fino a 6 Kw avremo la 220 V. monofase , oltre sarà sempre 380 V. trifase.

Considerando che tutte le utenze domestiche funzionano con la 220 monofase sarebbe opportuno realizzare tutto in 220 V. monofase, in modo tale che gli impianti dialoghino tra loro in maniere corretta , senza creare sbilanciamenti o cattivi funzionamenti.

Quindi l’ideale sarebbe mettere un contatore di 220 V monofase con almeno 6 Kw.di potenza disponibile.

L’impianto fotovoltaico sarà sempre monofase, e la sua potenza sarà in base allo spazio utile presente sul tetto della casa ed al budget che abbiamo da spendere.

Ma andiamo avanti con la nostra simulazione , facciamo un’ipotesi su una casa singola costruita 20 anni fa:

  • Zona climatica, Italia centrale.
  • Altitudine 100 mt. s.l.m.
  • Termosifoni in ghisa.
  • Superfice 150 mt./2 calpestabili , h 2.8 mt.
  • Abitata da 4 persone.
  • Per lavarsi si usa prevalentemente la doccia , poco la vasca da bagno.
  • Vetri delle finestre doppi
  • Iolamento dei muri perimetrali con lana di roccia nelle intercapedini.
  • Attualmente si utilizza una caldaia a metano pensile da 24 Kw termici
  • Hanno un contatore Enel di 3 Kw.
  • Annualmente spendono sui  2.000 € di metano e 1.100€ di bollette elettriche. Totale spesa annua in energia 3.100 €

In base a questa ipotesi la potenza termica necessaria per scaldare la casa sarà di 14 Kw termici.

Abbiamo qui il primo dato per andare avanti con il nostro progetto e due paletti messi a priori che sono :

Utenza di contatore di 6Kw monofase , sia per far dialogare bene le varie tecnologie tra loro, sia per motivi di costi fissi, e di tariffe.

Il fotovoltaico per ora lo tralascio, lo vediamo dopo.

Ritorniamo ora a parlare delle nostre caldaie Ioniche.

  • Quanto consumano?
  • Che resa hanno, quanta energia mi porterà via dal contatore, quanta ne rimane per il resto della casa , non è che dovrò andare sempre ad attaccare l’automatico che scatterà per sovraccarico?
  • Quanto spenderò di bollette elettriche?

Queste sono giuste domande che il potenziale cliente si farà.

Il tipo di impianto termico con i termosifoni in ghisa, per lavorare in maniera ottimale, dovrà avere la temperatura dell’acqua di almeno 60/65°, quindi sta ai confini della resa massima di una pompa di calore che nei momenti più freddi dell’inverno non raggiungerà queste temperature, quindi non riuscirebbe a scaldare bene la casa.

Nei momenti più freddi dell’inverno la temperatura massima, che potrà raggiungere una pompa di calore, sarà sotto i 50°, quindi insufficiente.

E quanta energia elettrica impegna in queste condizioni?

Generalmente nelle condizioni di temperature esterne di + 4° il COP scende a 3, quindi 14Kw termici diviso 3 fanno 4,6 Kw di impegno elettrico. Quindi nel nostro esempio ne rimangono per il resto della casa solo 2 di Kw, in quanto dal contatore ne abbiamo disponibili in tutto 6,6 Kw di potenza , compreso il 10% di tolleranza prima del distacco dell’automatico.

Questa soluzione risulta troppo al limite, quindi và scartata.

Vediamo ora con la caldaia ionica

In questo caso riusciremo a raggiungere facilmente le temperature dell’acqua ideali di 65°.

Con quale impegno elettrico?

La cella Ionica ha un COP di 1,4, ma come COP di impianto arriva a 2, perciò per produrre 14 Kw termici ne impegnerà almeno 7 di Kw, che non abbiamo!….., quindi anche questa soluzione va scartata.

Allora…. ? che facciamo… ci facciamo prendere dal panico?

… No!… calma la soluzione c'è ed è nascosta in una serie di compromessi, che ci farà raggiungere il nostro obbiettivo senza impegni elettrici “Industriali” e bollette stratosferiche. La soluzione c'è , ed è… nell’Ibrido! Nell’accumulo termico , e nel fotovoltaico usato in maniera “ differita”.

Ecco ,come sempre, volevo scrivere due righette e mi trovo qui a fare una tesi di laurea ,ma è più forte di me , amo la tecnologia e le sfide che essa impone e, soprattutto , odio la male informazione ed i lavori approssimativi e fatti male ( ne ho visti tanti ) , che recano danno sia agli utenti finali che ai prodotti adottati, che se installati male, dimensionati male , senza una logica d’insieme , creano solo danni.

Chi legge questo articolo è sicuramente una persona curiosa, colta, che vuole sapere risparmiare e cercare la migliore tecnologia disponibile oggi sul mercato ed evitare di buttar via dei soldi.

Quindi il sapere e l’informazione è alla base di tutto e questo ci permetterà di non fare errori, o perlomeno di ridurli al minimo.

Bene, andiamo avanti con la nostrasimulazione, ma prima mi debbo addentrare ancora una volta in “cavilli tecnici” che serviranno a farvi comprendere bene il tutto!

Quando si parla di potenze termiche, o elettriche, si parla sempre di Kw/h (Kilowattora) non di soli Kw.

C'è sempre la “/h” dopo, cioè la potenza termica necessaria in un ora per raggiungere la temperatura desiderata, oppure la potenza elettrica consumata in un’ora che poi si dovrà pagare in bolletta. C'è sempre il fattore “tempo” in termodinamica o nella misurazione dei consumi elettrici , c'è sempre la “/h” finale.

Quando all’inizio dell’articolo di questa simulazione ho parlato della vecchia caldaia a metano con una potenza di 24 Kw termici, guardate l’ho evidenziata in rosso, vi domanderete, ma come ho bisogno di soli 14 kw termici per riscaldare tutta la casa , allora perchè la caldaia a metano era di 24 Kw termici 10 in più.

La risposta è, questa potenza termica di 24 Kw serve alla produzione istantanea dell’acqua calda sanitaria, senza accumulo.

Quindi la caldaia a metano è dimensionata solo a questo scopo, risulterà perciò sovradimensionata per lo scopo del riscaldamento , infatti i termosifoni con la caldaia a metano dopo 15 minuti scottano.

Ma, se al posto di 24 Kw termici, ne diamo la metà , cioè 12 cosa succederà?

Ci metteremo il doppio del tempo, 30 minuti, ma raggiungeremo comunque lo stesso obbiettivo, e se invece di 12 Kw ne daremo 6?.. ci metteremo il quadruplo del tempo iniziale cioè più di un’ora ma raggiungeremo comunque lo stesso obbiettivo.

Se per portare la mia casa dai 14° iniziali ai 20/22° che voglio raggiungere, invece di 15 minuti ci metterò un’ora o più , ma che problema c è , allungherò i tempi sul cronotermostato, li farò partire prima, ma impegnerò meno energia elettrica e rimarrò nei miei paletti prefissati, cioè dei 6 Kw di contatore.

Questo è un primo passo per risolvere il problema ma non è tutto , andiamo avanti.

L'accumulo termico

Parliamo ora dell’accumulo termico.

Qual’ è il suo scopo? A cosa serve ? …. vediamo.

L’accumulo termico chiamato anche (volano termico) , serve ad immagazzinare parecchia energia termica, metterla da parte , per poi utilizzarla in tempi differiti dalla sua produzione.

Un serbatoio di accumulo di 300 lt con l’acqua portata al suo interno a 60° produrrà una potenza termica immediata di 18 Kw, se la temperatura verrà portata a 80° produrrà 27 Kw, se il serbatoio sarà di 500 lt e la temperatura al suo interno sarà di 70° la potenza termica immagazzinata sarà di 35 Kw.

La formula è “litri x gradi centigradi“.

Se se portiamo 500 litri a 90° avremo: 500 x 90 = 45 kw termici.

Un buon serbatoio di accumulo detto anche tank, o puffer, con una coibentazione di 5 cm se non utilizzeremo l’acqua accumulata ,essa avrà un decadimento di 4° in 24 ore.

La centrale termica servirà a scaldare l’acqua nell’accumulo, non i termosifoni, e lo faremo nei tempi e nel modo che più ci convengono.

I termosifoni saranno gestiti dal crono termostato che aprirà o chiuderà la circolazione dell’acqua calda al loro interno, quindi aprirà una valvola e farà partire una pompa di circolazione con un consumo elettrico di soli 0,100 Kw ( 100 watt).

Inoltre avremo una potenza termica immediata enorme a seconda dei gradi ed i litri accumulati che ci permetterà di portare a temperatura la casa in pochissimo tempo, come prima faceva la caldaia a metano.

L’accumulo ci ha permesso di razionalizzare i consumi elettrici della centrale termica elettrica, ma andiamo a vedere nel dettaglio come gestire al meglio i consumi, per creare questo calore , accumulato.

impianto termico a costo 0

A questo punto saremo noi , a stabilire quanti Kw di energia elettrica impegnare per la centrale termica e quanti destinarli per la casa.

Avendo 6,6 Kw di contatore direi di destinarne 3,5 kw alla centrale termica e 3 kw per il resto della casa.

I generatori termici saranno 2, la pompa di calore che lavorerà per la maggior parte del tempo fino a portare l’acqua a 50°, poi lavorerà insieme alla caldaia ionica fino a 60° per poi spegnersi, mentre la caldaia ionica lavorerà fino a raggiungere la temperatura impostata di 70° , o più , poi si spegnerà.

Come ripartire questi 3,5 Kw di energia disponibile tra i 2 prodotti, qui un attimo ci fermiamo e faremo una divagazione perché in realtà impegneremo più potenza elettrica per i ( generatori di calore) .

Installeremo una pompa di calore che svilupperà 7,8 Kw termici con un COP medio di 4 che ci impegnerà 1,95 Kw. di contatore.

Poi tareremo la nostra caldaia ionica ad un assorbimento elettrico di soli 2,5 Kw. che svilupperà una potenza termica di 5 Kw. termici , avremo così un generatore termico con una potenza totale di 7.8 + 5 = 12.8 Kw termici che non lavoreranno sempre insieme , ma si accavalleranno solo per poco tempo.

Nei momenti che si accavalleranno avremo un assorbimento di 4,4 Kw elettrici lasciandone disponibili per il resto della Casa solo 2.2 Kw.

Un po’ pochi?

Si, ma non abbiamo ancora parlato del fotovoltaico,…ed è ora che ne parliamo

Prima però vediamo quanto tempo impieghiamo con questa centrale termica a portare il nostro serbatoio alla temperatura desiderata.

Innanzi tutto stabiliamo di quanti litri dovrà essere il nostro serbatoio – se abbiamo spazio direi di metterlo più grande possibile, ma fermiamoci a 500 litri – e fissiamo anche una temperatura massima da raggiungere.

Supponiamo che intendiamo raggiungere una temperatura massima di 70°.

Partendo da impianto freddo con la temperatura dell’acqua di 18°, per portare 500 litri da 18° a 70° in un’ora, avremo bisogno di ( 70 – 18 = delta t. di 52° x 500 lt. = 26 Kw. ) ne abbiamo disponibili 12,8 quindi impiegheremo 2 ore e tre minuti per raggiungere questa temperatura.

Un tempo ragionevolmente corto.

Quando fare questa carica di energia termica?

Ma naturalmente nelle ore centrali del giorno, quando avremo la massima insolazione ed il fotovoltaico produrrà il massimo della sua potenza avremo anche le temperature esterne più alte del giorno e questo farà aumentare le prestazioni della pompa di calore, questo ci permetterà di produrre ed immagazzinare tanto calore con pochissima spesa, tanto che ci permetterà di fare 2 cose:

  • aumentare la temperatura di accumulo fino magari a 85°;
  • oppure abbassare la potenza impegnata dai 2 generatori quindi installarne più piccoli ed aumentare il nr. delle ore del loro funzionamento in quanto anche a dicembre , qui in Italia avremo almeno 6 ore di sole o luce utile per attivare la produzione del fotovoltaico.

Ma consiglio di non abbassare la potenza dei 2 generatori in quanto di notte ci serviranno per il mantenimento della temperatura ambiente, consiglio di aumentare la temperatura massima di accumulo.

Per concludere

Facciamo ora il punto della situazione , cosa abbiamo ottenuto fin’ora ?

Abbiamo ottenuto parecchie cose:

  1. Siamo rimasti con il contatore di rete entro i 6 Kw monofase con tutti i vantaggi che comporta.
  2. Facciamo l’accumulo termico da fotovoltaico quindi produciamo calore gratis di giorno.
  3. Abbiamo 2 generatori termici sottodimensionati con tutti i vantaggi che questo comporta.
  4. Abbiamo un accumulo termico ad alta temperatura creando un volano di 42.5 KW termici.
  5. Abbiamo sufficiente acqua sanitaria anche per gestire una vasca idromassaggio.
  6. Di giorno, praticamente siamo quasi auto sufficienti a livello di consumi elettrici.

Direi che questo risultato raggiunto non è male!.., ma questa è solo la prima parte del progetto, abbiamo molti altri “segreti” per razionalizzare il tutto ed arrivare all’indipendenza energetica , ma per ora non li pubblichiamo , se siete interessati e volete approfondire il tutto, contattateci.

P.I. Stefano Pignotti
Resp. Tecnico Commerciale

S.T.E. F.lli Pignotti vende e installa i propri prodotti in tutte le provincie della regione Marche: Ancona, Ascoli Piceno, Fermo, Macerata e Pesaro.
L'azienda ha sede a Civitanova Marche (MC) ed è specializzata nel settore della climatizzazione, pompe di calore ed energie rinnovabili.