L’acqua calda sanitaria
Cos’è l’acqua calda sanitaria (ACS)?
Con l’espressione “acqua calda sanitaria”, abbreviata anche in “ACS”, si intende l’acqua riscaldata dalla caldaia, dallo scaldacqua o da altri sistemi analoghi per essere utilizzata in bagno o in cucina. È ACS quella che usiamo per la pulizia e l’igiene personale, i cosiddetti “scopi igienico-sanitari”, come docce, bagni e lavaggi domestici di ogni tipo.
L’acqua sanitaria è potabile e trattata per il consumo umano e percorre un circuito diverso dall’acqua di riscaldamento, quella utilizzata per alimentare ad esempio i termosifoni o gli impianti a pavimento.
Caratteristiche dell’ACS
Le principali caratteristiche dell’acqua sanitaria includono la sua purezza, che deve essere garantita per evitare contaminazioni, e la temperatura, che deve essere mantenuta tra i 40 e i 55 gradi Celsius.
La durezza, cioè la quantità di sali disciolti nell’acqua, è un altro parametro rilevante, e anche molto variabile a seconda della zona in cui si è collegati alla rete idrica. In base alla concentrazione di sali, l’acqua si definisce “più dolce” (concentrazione minore) o “più dura” (concentrazione maggiore). La misura della durezza sono i “gradi francesi”, indicati come °f; in base a questa unità di misura, si disegna una scala convenzionale per l’acqua con questi intervalli:
- Molto dolce: 0°f – 5°f
- Dolce: 6°f – 10°f
- Mediamente dura: 11°f – 20°f
- Dura: 21°f – 30°f
- Molto dura: sopra i 30°f
Citiamo in particolare la durezza perché ha un effetto sugli impianti di ACS. Quando l’acqua evapora, infatti, i sali tornano solidi cristallizzando: i sali di calcio e magnesio, in particolare, formano depositi di calcare. Negli impianti, il calcare può ridurre l’efficienza energetica, perché si tratta di una sostanza che non conduce calore: ciò significa che in presenza di calcare sarà necessario consumare più energia e sostenere più costi del necessario per innalzare la temperatura dell’acqua sanitaria. Il calcare, nei casi più gravi, può anche causare rotture o occlusioni. È calcare ad esempio quello strato bianco che vediamo sul fondo del bollitore, oppure quei piccoli depositi e sassolini che piano piano intasano i rubinetti.
Temperatura ottimale dell’ACS
La temperatura ottimale dell’ACS si attesta tra i 40 e i 55 gradi Celsius.
Mantenere questa fascia di temperatura è cruciale per diverse ragioni: innanzitutto, temperature inferiori ai 40 gradi favoriscono la proliferazione di batteri nocivi, come la Legionella che può causare gravi infezioni respiratorie. Al contrario, temperature superiori ai 55 gradi aumentano il rischio di ustioni accidentali, specialmente nei bambini e negli anziani.
Inoltre, mantenere l’acqua a una temperatura stabile entro questo intervallo contribuisce a ottimizzare l’efficienza energetica degli impianti, riducendo i consumi e i costi associati al riscaldamento dell’acqua.
Garantire una temperatura ottimale dell’ACS è essenziale per il comfort quotidiano degli utenti che ne fanno uso per docce e bagni.
Consumo medio pro capite di ACS
Il consumo medio pro capite (individuale) di ACS in Italia dipende da diversi fattori, tra cui le abitudini personali, la composizione del nucleo familiare e l’efficienza degli impianti di riscaldamento domestico. L’acqua sanitaria è quella che esce dai rubinetti, tipicamente in bagno e in cucina ma non solo, dalla doccia e dallo sciacquone. Un utilizzo consapevole e razionale dell’ACS può contribuire a ridurre gli sprechi e a promuovere una maggiore sostenibilità ambientale.
È importante notare che un uso eccessivo di acqua calda può comportare non solo un aumento delle bollette energetiche, ma anche un impatto negativo sull’ambiente a causa dell’elevato consumo di energia necessario per il suo riscaldamento. Adottare comportamenti virtuosi e utilizzare tecnologie efficienti può fare una differenza significativa.
Pericoli (Legionella)
La presenza di Legionella nell’ACS costituisce un pericolo rilevante per la salute. Si tratta di un batterio che prolifera in ambienti acquatici, specialmente in acqua stagnante e tiepida, a una temperatura compresa tra i 20 e i 50 gradi Celsius. Se l’ACS non viene mantenuta a una temperatura adeguata, c’è il rischio che questo batterio possa moltiplicarsi e diffondersi attraverso i sistemi idrici causando infezioni respiratorie; la Legionellosi è infatti una forma grave di polmonite.
Gli impianti di riscaldamento dell’acqua devono essere progettati e mantenuti con cura per prevenire le proliferazioni, prevedendo disinfezioni periodiche, generalmente fatte portando gli interi accumuli ad alte temperature per uccidere i batteri. La prevenzione è fondamentale per proteggere la salute degli individui, specialmente nelle strutture ad alta frequentazione come ospedali, strutture ricettive e palestre, dove il rischio di esposizione è maggiore.
Come si produce l’ACS?
Dalle centrali idriche, l’acqua trattata e resa potabile raggiunge le nostre abitazioni e i nostri luoghi di lavoro attraverso le reti di distribuzione. Per riscaldarla, possiamo ricorrere a impianti autonomi o centralizzati: nel primo caso, l’impianto servirà una singola unità abitativa o un singolo luogo di lavoro – per esempio, una casa unifamiliare o un locale commerciale – mentre nel secondo servirà un intero gruppo di unità abitative o di luoghi di lavoro – per esempio, un condominio o un complesso di uffici.
Quali sono i sistemi di produzione dell’ACS?
Esistono diversi sistemi di produzione di ACS, utili a generare, conservare e distribuire acqua calda. Si dividono in due categorie: da una parte abbiamo i sistemi con accumulo, dall’altra i sistemi a produzione istantanea. Nei primi, l’acqua viene conservata in un serbatoio e riscaldata per essere pronta all’erogazione. Nei secondi, l’acqua viene scaldata solo nel momento in cui l’utente la richiede, cioè quando apre un rubinetto dell’acqua calda.
Come vedremo, ciascuna tipologia comporta vantaggi e svantaggi in termini di disponibilità più o meno immediata dell’acqua, sicurezza dal punto di vista igienico, ingombro fisico e consumo energetico.
Sistemi ad accumulo
Nei sistemi di produzione di ACS ad accumulo, l’acqua conservata nel serbatoio può essere riscaldata in modi diversi:
- Scaldacqua elettrici: utilizzano una resistenza elettrica (serpentine in rame) per riscaldare l’acqua.
- Scaldacqua e caldaie a gas: per riscaldare l’acqua impiegano un bruciatore a gas.
- Pompa di calore con serbatoio: trasferisce calore dall’ambiente (aria, suolo, acqua) all’acqua sanitaria.
- Impianti solari termici: utilizzano pannelli solari per catturare l’energia solare e riscaldare l’acqua.
Sono sempre più comuni sistemi elettrici, soprattutto in pompa di calore, accoppiati a sistemi fotovoltaici, in modo da prodursi e autoconsumarsi la propria energia, abbattendo le bollette di gas ed elettricità.
Tutti questi sistemi possono avvalersi inoltre del supporto di una batteria termica, che contengono sostanze più efficienti dell’acqua nel conservare energia termica e possono così rappresentare, rispetto ai serbatoi d’acqua, una utilissima alternativa salvaspazio e priva di pericoli igienico-sanitari.
Sistemi di produzione istantanea
Nei sistemi di produzione istantanea di ACS, l’acqua viene riscaldata nel momento stesso in cui viene aperto un rubinetto dell’acqua calda. In questo modo, non è necessario mantenere l’acqua sempre calda in un serbatoio.
Nei sistemi di produzione istantanea, il riscaldamento dell’acqua può avvenire tramite caldaie o scaldacqua a gas; i sistemi elettrici, che siano con resistenza o pompa di calore, di solito non hanno la potenza necessaria a soddisfare richieste istantanee.
Vantaggi e svantaggi dei due sistemi
Come scegliere tra un sistema di produzione di ACS ad accumulo e uno istantaneo? Analizziamo vantaggi e svantaggi di entrambi.
Iniziamo dalla fondamentale questione igienica. Negli accumuli, l’acqua ristagna e la già citata Legionella può trovare un ambiente favorevole per proliferare: al fine di evitare gravi rischi per la salute, gli accumuli devono essere realizzati con materiali adeguati e devono essere regolarmente controllati da specialisti. Questo problema è risolto alla radice dagli impianti di produzione istantanea, che eliminando il serbatoio privano i batteri dell’ambiente in cui potrebbero insediarsi.
L’ingombro è un problema significativo. Un serbatoio, inevitabilmente, occupa spazio: non tutte le case sono abbastanza grandi da poter accogliere facilmente un bollitore da 200 o 300 litri. Un sistema ACS istantaneo, che del serbatoio fa a meno, rappresenta sicuramente la soluzione meno ingombrante.
Un altro tema è quello dell’isolamento: i serbatoi devono essere coibentati per ridurre al minimo la dispersione termica. Anche nel serbatoio meglio isolato, tuttavia, l’acqua tende a raffreddarsi, ed è necessario un consumo di energia per riportarla a una temperatura adeguata all’ACS. Gli impianti istantanei, invece, riscaldano l’acqua solo nel momento in cui serve.
Un vantaggio dei sistemi ad accumulo è che permettono agli utenti di disporre contemporaneamente di un grande quantitativo di acqua calda. Pensiamo a una casa in cui una persona si sta facendo la doccia mentre un’altra usa l’acqua calda per lavare i piatti: l’elevata disponibilità di acqua già calda nel serbatoio soddisferà contemporaneamente il fabbisogno in bagno e in cucina. D’altra parte, quando il serbatoio si svuota, è necessario aspettare del tempo prima di poter avere di nuovo acqua calda.
Inoltre, gli accumuli permettono di utilizzare anche piccole potenze e quantità di energia, nei momenti più favorevoli. Questo è il motivo per cui viene sostituita una caldaia da 30 kW con una pompa di calore da 8 kW. Per produrre ACS istantanea serve un’elevata potenza in breve tempo, ma è possibile avere la stessa energia avendola potuta accumulare sfruttando poca potenza per tempi più lunghi.
Le batterie termiche nei sistemi di produzione di ACS
Abbiamo visto che accumulare acqua calda può rappresentare una comodità ma anche un rischio. E se, invece di immagazzinare l’energia termica nell’acqua, la conservassimo in un materiale più efficiente e privo di pericoli dal punto di vista igienico?
È proprio questa la funzione delle batterie termiche, l’opzione più innovativa nel settore. Thermino, in particolare, è la batteria termica realizzata da Sunamp: sostituisce i tradizionali accumuli ACS, fornisce acqua calda istantanea e può approvvigionarsi di energia da fonti rinnovabili.
Approfondiamo con un esempio quest’ultimo aspetto e le sue conseguenze pratiche. Per ridurre al minimo l’uso di energia dalla rete elettrica e l’impatto ambientale dei propri consumi, l’utente può installare un impianto fotovoltaico, una pompa di calore e la batteria termica Thermino. Il fotovoltaico genera elettricità a partire dalla luce del sole; la pompa di calore trasforma l’elettricità in energia termica; e Thermino la accumula grazie alla tecnologia Plentigrade, un materiale a cambiamento di fase (PCM) brevettato da Sunamp. In questo modo, l’acqua calda sarà sempre istantaneamente disponibile e l’energia elettrica e termica saranno prodotte da fonti rinnovabili, senza emissioni di inquinanti e con consumi di elettricità minimi o nulli.
In assenza di un impianto fotovoltaico, si può comunque sfruttare l’accumulo Thermino caricandolo durante le fasce orarie notturne, quando la corrente costa meno, e ottenendo anche in questo caso dei vantaggi economici.
Thermino conserva il calore in modo molto più efficiente di un serbatoio d’acqua, e occupa fino a quattro volte meno spazio; ha una dispersione termica ridottissima; e non comporta alcun rischio dal punto di vista igienico-sanitario.
Soluzioni per la produzione di ACS
Caldaie, scaldacqua, pannelli solari, pompe di calore: esistono diverse tipologie di apparecchi utili alla produzione di ACS. Alcuni di questi possono essere usati anche per alzare la temperatura dell’acqua destinata all’impianto di riscaldamento.
Le varie soluzioni che stiamo per affrontare sfruttano diverse fonti energetiche e comportano differenze sul piano dei costi e della facilità d’installazione, e dell’efficienza nei consumi.
Caldaia tradizionale a gas
Una caldaia tradizionale a gas può produrre acqua calda per uso domestico e per impianti di riscaldamento. Per quanto riguarda la produzione di ACS, funziona bruciando il gas e trasferendo il calore generato dalla combustione all’acqua sanitaria. Può prevedere un accumulo o funzionare come sistema di produzione istantanea. I fumi della combustione devono essere convogliati in una canna fumaria. In Italia, per le nuove installazioni di caldaie a gas a partire dal 31 agosto 2013, è obbligatorio lo scarico dei fumi a tetto.
Caldaia a condensazione
Le caldaie a condensazione sono sistemi relativamente innovativi ed efficienti per impianti di riscaldamento e per acqua calda sanitaria. Generano energia termica dalla combustione del gas, come le caldaie tradizionali, ma in più recuperano il calore dai fumi di scarico. Grazie a questa funzione aggiuntiva, l’efficienza è maggiore rispetto alle caldaie tradizionali e anche le emissioni di sostanze inquinanti sono ridotte. Anche le caldaie a condensazione possono prevedere un accumulo o funzionare come sistema di produzione istantanea.
Caldaia a biomassa
Le caldaie a biomassa generano energia termica dalla combustione di materiali come pellet, legna o residui agricoli invece del gas. Si tratta di soluzioni più ingombranti, rispetto alle caldaie a gas, a causa del combustibile più voluminoso; inoltre, richiedono la rimozione della cenere e il caricamento graduale del combustibile. I sistemi di accensione e carico automatici possono renderne l’uso più comodo, ma hanno un campo di modulazione inferiore.
Pompa di calore con accumulo
Le pompe di calore riscaldano e raffreddano efficacemente gli ambienti e producono ACS. Estraggono calore da aria, acqua o suolo e lo trasferiscono all’acqua tecnica in un accumulo, che a sua volta trasmette il calore all’acqua sanitaria attraverso uno scambiatore. Sfruttando energie rinnovabili, permettono risparmi sui costi energetici e garantiscono un basso impatto ambientale.
Le pompe di calore lavorano con una determinata efficienza, misurata dal loro COP. Ad esempio, se il COP è 4 vuol dire che la pompa di calore assorbe 1 kWh di corrente elettrica per fornire all’utente 4 kWh di energia termica (utile a riscaldamento, raffrescamento o ACS). Questo avviene perché riescono a prelevare i rimanenti 3 kWh dall’aria (pompe di calore aria-acqua), dall’acqua (pompe di calore acqua-acqua) o dal suolo (pompe di calore geotermiche). Gli accumuli forniscono acqua calda anche quando la pompa di calore non è in funzione, ottimizzando il consumo elettrico e offrendo una soluzione sostenibile per le case moderne.
Scaldacqua a gas
Gli scaldacqua a gas funzionano come le caldaie a gas ma producono solo ACS e non acqua di riscaldamento. Possono mantenere un serbatoio di acqua calda o riscaldarla istantaneamente.
Scaldacqua elettrico
Gli scaldacqua elettrici si collegano alla rete elettrica o a un impianto fotovoltaico e utilizzano l’elettricità per riscaldare una resistenza in rame, dalla quale il calore passa all’acqua. Sono compatti e non emettono fumi. Sono in genere abbinati ad un serbatoio di accumulo, solo in alcuni casi possono fornire acqua calda istantanea.
Anche questi generatori sono elettrici, ma la loro efficienza non è paragonabile alle pompe di calore. L’elettricità in questo caso viene convertita quasi 1:1, da 1 kWh elettrico infatti si otterrà poco meno di 1 kWh termico.
Scaldacqua a pompa di calore
Gli scaldacqua a pompa di calore utilizzano di solito l’energia rinnovabile dell’aria esterna per riscaldare l’acqua. Siccome non c’è combustione (né di gas né di biomassa), non emettono CO2 diretta né altre sostanze inquinanti, né all’esterno né indoor. Sono generalmente installati all’interno, ma possono utilizzare sia l’aria interna di casa, sia l’aria esterna, e sono adatti per piccole e grandi famiglie, offrendo una soluzione ecologica con acqua calda costante grazie al serbatoio di accumulo. Sono differenti dai sistemi in pompa di calore, perché questi fanno esclusivamente ACS, non fanno acqua di riscaldamento o di raffrescamento.
Sistema solare termico
I sistemi solari termici possono utilizzare l’energia solare per aumentare la temperatura dell’acqua sanitaria e, in alcuni casi, dell’acqua di riscaldamento. I pannelli solari, installati su superfici esposte alla luce del giorno, ne assorbono l’energia termica; riscaldano così un fluido termovettore, che a propria volta passa il calore all’acqua.
Un sistema solare termico permette di ridurre significativamente i consumi di gas o elettricità e non emette CO2. Esistono diversi tipi di impianti solari come quelli a convenzione naturale, a convenzione forzata o con tubi sottovuoto. Sono impianti popolari in tutta Italia, i costi sono ormai accessibili e, nonostante un calo negli ultimi anni, stanno avendo un nuovo successo. Questi sistemi vengono sempre accoppiati a sistemi di accumulo.
Come scegliere il sistema più adatto
Diversi fattori possono condizionare la scelta del sistema di produzione di ACS più indicato per le proprie esigenze e per le proprie tasche. Di seguito affrontiamo alcune delle questioni più rilevanti, legate ai costi, all’ingombro, al rumore e all’impatto ambientale dei diversi sistemi che abbiamo trattato finora nell’articolo.
Quale sistema di produzione di ACS costa meno?
Il costo di una soluzione per la produzione di ACS varia all’interno di ogni classe di apparecchi, a seconda dei singoli modelli. È probabilmente la categoria degli scaldacqua elettrici, quella in cui è possibile trovare le soluzioni in assoluto meno costose; a seguire, troviamo gli scaldacqua a gas. Tuttavia, i modelli più economici sono spesso tali perché limitati in efficienza, efficacia e durata.
È importante considerare che un risparmio di breve periodo può tradursi in una spesa significativa sul lungo termine: una soluzione inefficiente richiederà consumi energetici superiori e quindi bollette più alte. Gli ultimi anni ci hanno insegnato che per giunta i prezzi delle utenze possono aumentare in modo imprevisto e significativo.
Passare a un sistema che sfrutta energia rinnovabile, come un impianto solare abbinato a una pompa di calore, richiede un investimento iniziale superiore, rispetto ad altre soluzioni. Tuttavia, è una spesa che nel corso di alcuni anni può essere recuperata. Le tempistiche precise vanno calcolate sulla base del costo degli specifici apparecchi installati e dell’entità delle utenze su cui si va a risparmiare.
Quale sistema di produzione di ACS ingombra meno?
Ragionando per macro-categorie, i sistemi di produzione di ACS che occupano meno spazio sono senz’altro quelli istantanei, in quanto non richiedono di installare serbatoi. Le dimensioni degli scaldacqua istantanei a gas o elettrici variano da modello a modello; i secondi possono avere misure anche molto ridotte, ma a queste accompagnano un’efficacia inferiore, perché riescono a riscaldare poca acqua alla volta.
Se il problema di spazio riguarda l’interno e non l’esterno dell’edificio, la soluzione con il miglior compromesso tra ingombro ed efficacia è probabilmente rappresentata dal combinato di pompa di calore e batteria termica. La pompa infatti viene montata all’esterno, e le batterie termiche sviluppano più energia termica delle alternative a parità di spazio occupato.
Quale sistema di produzione di ACS è meno rumoroso?
Negli apparecchi a gas, comprese le caldaie a condensazione, il bruciatore può fare rumori di breve durata quando fa infiammare il metano o il GPL. Anche l’attività di caldaie e scaldacqua elettrici può causare limitati rumori.
La pompa di calore invece emette rumore quando si attivano il compressore e, nel caso dei modelli aria-acqua, i ventilatori. In media, raggiunge i 50 dB (decibel), ma è importante valutare il rumore dello specifico modello che si intende acquistare, per essere certi di poterlo installare all’esterno del proprio immobile senza violare le disposizioni del Codice Civile, i rapporti di buon vicinato e la sensibilità del proprio udito.
Tendono a diventare particolarmente rumorosi apparecchi nei quali si è depositato calcare o si è verificato un guasto (per esempio alla valvola di sicurezza o al tubo di scarico). Queste però sono “patologie” dei sistemi e non riguardano il loro normale funzionamento.
Quale sistema di produzione di ACS ha il minor impatto ambientale?
I sistemi che sfruttano energie rinnovabili, come il solare termico e la pompa di calore, sono senz’altro quelli dall’impatto ambientale minore, in quanto non emettono CO2 né fumi di scarico o altri inquinanti.
Per quanto riguarda le batterie termiche con la quale possono essere combinati, bisogna valutare la specifica tecnologia di accumulazione dell’energia termica che adottano. Plentigrade, il materiale a cambiamento di fase brevettato da Sunamp, può essere interamente riciclato, ma è soprattutto progettato per durare diversi decenni, in modo da non doversi neppure porre il problema del suo smaltimento in tempi troppo brevi.