Svantaggi del Ripartitore Calore

La misura del trasferimento di energia termica, del “calore”, è una misura difficile. Non può essere fatta con un singolo sensore dedicato perché non è una grandezza fisica fondamentale, ma derivata da altre. In particolare il trasferimento di energia termica attraverso un corpo scaldante, come ad esempio un termosifone, e avente come mezzo di trasporto un liquido termovettore come l’acqua, dipende dalla differenza di temperatura del liquido entrante ed uscente dallo stesso corpo scaldante e dalla sua portata cioè dalla quantità di liquido che passa nell’unità di tempo (litri al secondo ad esempio). Temperatura e portata sono misure molto difficili per le quali raggiungere elevati livelli di accuratezza non è così banale. Tanto più se la temperatura viene misurata con sensori elettronici. Dato quindi che per ricavare la quantità di energia termica ceduta all’ambiente (Q) attraverso il corpo scaldante le misure delle tre grandezze fisiche (T temperatura in ingresso, T temperatura in uscita, q portata) vengono composte nel seguente modo

HEAT TRANSFER EQUATION

 

ovvero sono legate da una moltiplicazione (c è il calore specifico del mezzo), gli errori sulla temperatura e sulla portata tendono ad amplificarsi proprio a causa della moltiplicazione che li lega tra loro.  Per questo motivo errori tra il 2% ed il 5% nella misura dell’energia termica sono considerati buoni e relativamente buoni rispettivamente.

 

Lo strumento che idealmente si dovrebbe utilizzare per questo tipo di misure viene volgarmente chiamato “contatore calore”, “calorimetro” o “contatermie”. È lo strumento ideale proprio perché ha tre sonde che misurano le due temperature e la portata istantanea di liquido. Un’elettronica provvede a rilevare i segnali delle tre sonde e a elaborarli per ricavarne potenza ed energia termica in un intervallo di tempo desiderato (ad esempio la stagione invernale in corso o quelle precedenti distintamente). Questo strumento tuttavia non può essere utilizzato negli edifici il cui riscaldamento centralizzato si basa su un circuito idraulico così detto verticale o a colonne montanti. Questi circuiti sono caratterizzati dall’avere tante coppie di tubi in mandata e ritorno che scorrono lungo la verticalità dell’edificio quanti, più o meno, sono i termosifoni di ciascun piano. In altre parole, ogni termosifone dello stesso piano, al più coppie di termosifoni, è collegato a distinte coppie di tubi verticali. Questa tipologia di impianti è stata costruita fino a metà degli anni ’70 circa ed impone di operare su ogni singolo termosifone per trasformare l’impianto di riscaldamento centralizzato in uno, funzionalmente, “autonomo” e quindi sia per controllare la temperatura interna in modo indipendente appartamento per appartamento applicando delle valvole (termostatiche o elettroniche); sia per le misure finalizzate alla contabilizzazione calore indipendente. Molto diversa è invece la situazione della moderna tipologia di impianti di riscaldamento centralizzato che sono dotati di circuiti distributivi così detti a zone o orizzontali caratterizzati da un’unica coppia di tubi verticali che serve ogni appartamento ed una distribuzione interna verso ogni corpo scaldante che scorre orizzontalmente dall’unico punto di derivazione (a stella con dei collettori o ad anello). Nei moderni impianti di riscaldamento centralizzato è conveniente e agevole installare dei contatori calore in corrispondenza della derivazione. Invece è sostanzialmente sconveniente e difficile installare i contatori calore su ogni termosifone in caso di circuiti a colonne montanti perché hanno un costo considerevole e questo costo andrebbe moltiplicato per il numero di termosifoni; perché il sensore di portata del contatermie è ingombrante e non ci sta fisicamente tra il termosifone ed il muro da cui esce il tubo di ingresso; perché lo stesso sensore di portata che per i contatori più semplici è di tipo meccanico (simile a un contatore d’acqua) andrebbe cambiato ogni 6/7 anni e con esso l’intero contatore calore di cui è un componente.

 heat meters for horizontal distribution circuits  heat cost allocators for vertical distribution circuits

Impianti moderni a zone, si può e conviene usare contatori calore.

Impianti datati a colonne montanti, non si possono usare contatori calore. Vengono usati i ripartitori calore.

 

 

Questa impossibilità ad adottare i contatori calore negli impianti di riscaldamento centralizzato verticali ha confermato come sostanziale unica tecnologia per la contabilizzazione calore quella costituita dai così detti ripartitori calore esistenti oramai da più di un secolo. Nel 1908 infatti una ditta del nord europa inventò il primo ripartitore all’epoca costruito con un’ampollina dotata di scala graduata e riempita d’acqua colorata. L’acqua evaporava più o meno rapidamente in funzione della temperatura del termosifone su cui era applicato il ripartitore; a fine stagione invernale un “letturista” prendeva nota manualmente del livello del liquido di ogni ripartitore dell’edificio per fare le dovute proporzioni e stabilire come attribuire i costi del riscaldamento ad ogni inquilino. Ovviamente ogni 3/5 anni il ripartitore andava sostituito a causa dello svuotarsi dell’ampolla. Il principio fisico da allora non è cambiato, è tuttalpiù cambiato il mezzo con cui viene realizzato lo strumento. Oggi i ripartitori calore sono dei dispositivi elettronici dotati di due sensori di temperatura, una batteria, un’elettronica e un piccolo display LCD.

 

Va spezzata una lancia a favore di questa tecnologia metrologica che ad onore andrebbe definita quantomeno gloriosa: più di un secolo di esistenza incontrastata e circa 150 milioni di ripartitori calore esistenti ed in funzione in questo momento. Ha promosso il risparmio energetico in contesti degradati sia dal punto di vista impiantistico sia da quello conseguente di tipo comportamentale ristabilendo il concetto che esiste un atteggiamento virtuoso per cui è possibile risparmiare e inquinare meno pur senza rinunciare al comfort termico; anzi, in alcuni casi alzandolo. Ciò detto, alcune domande sono doverose: quanto affidabile è la ripartizione dei costi realizzata con il ripartitore calore? Dopo più di un secolo esistono delle alternative tecnologiche possibili e migliori?

 

Come già accennato, il ripartitore calore non realizza una misura delle tre grandezze fisiche fondamentali coinvolte nel trasferimento di energia termica. Misura delle grandezze fisiche indirette, la temperatura della superficie del termosifone in un suo punto specifico e quella dell’aria circostante. Ovvero misura gli effetti indotti dal trasferimento termico, non il trasferimento in sé. Queste misure sono combinate con dei parametri che dovrebbero rappresentare le caratteristiche termiche del termosifone su cui ogni ripartitore è installato. Questa misura indiretta applicata a casi d’uso reali, e quindi fuori dalle condizioni ideali create per la calibrazione di questi dispositivi, è fonte di molte problematiche che ne inficiano pesantemente l’accuratezza e l’affidabilità.  La seguente tabella ne riassume alcune.

 

Termosifoni antichi: non si sa come configurare il ripartitore calore
Termosifoni antichi: non si sa come configurare il ripartitore calore

Accumulo di aria internamente al termosifone: la misura del ripartitore calore viene falsata
Accumulo di aria internamente al termosifone: la misura del ripartitore calore viene falsata

Accumulo di sabbia e melma nel termosifone: il ripartitore calore non sa che le caratteristiche termiche del termosifone sono cambiate
Accumulo di sabbia e melma nel termosifone: il ripartitore calore non sa che le caratteristiche termiche del termosifone sono cambiate
CARATTERISTICHE TERMICHE INCOGNITE

I più grandi marchi di ripartitori calore, e solo questi, hanno un database esteso di molte tipologie di termosifoni. Tuttavia, sono molti i termosifoni antichi (più di 50 anni di vita) ancora in uso ed all’epoca i produttori non dovevano dichiararne la potenza nominale. In questi casi la configurazione dei ripartitori è fatta spesso attraverso tabelle approssimative che non garantiscano una perfetta calibrazione dello strumento. In ogni caso anche quando fosse nota la potenza nominale attraverso cui si calibra il ripartitore, questa cambia nel tempo, si vedano i seguenti tre casi.

ACCUMULO D’ARIA

Durante ciascuna stagione invernale nella parte alta del termosifone si accumula dell’aria proprio in coincidenza del punto in cui il ripartitore calore viene montato. Le proprietà termiche del termosifone cambiano mentre il ripartitore calore ne rimane all’oscuro.  Essendo termosifoni molto vecchi spesso è pure assente la valvola di sfiato.

ACCUMULO DI CALCARE E SEDIMENTI MELMOSI

Gli impianti da convertire sono spesso molto vecchi con un’età superiore ai 30 anni; a volte perfino antichi, si trovano termosifoni con più di 80 anni. In questi casi è scontato che le pareti interne del termosifone abbiano un consistente strato di calcare ed alla loro base si siano depositati decine di centimetri di sabbia/melma. Le caratteristiche termiche del termosifone cambiano.

 

Tende difronte al termosifone: il sensore esterno del ripartitore calore misura un microclima esageratamente caldo
Tende difronte al termosifone: il sensore esterno del ripartitore calore misura un microclima esageratamente caldo

Termosifoni con numero di elementi dispari, interspazi pari: il ripartitore calore è necessariamente posizionato erroneamente.
Termosifoni con numero di elementi dispari, interspazi pari: il ripartitore calore è necessariamente posizionato erroneamente.

Termosifoni con scorrimento acqua orizzontale: il ripartitore calore non è in grado di contabilizzare correttamente
Termosifoni con scorrimento acqua orizzontale: il ripartitore calore non è in grado di contabilizzare correttamente
FORMAZIONE MICROCLIMA CALDO

La presenza di tende di fronte al termosifone, di copritermosifone o il posizionamento dello stesso in nicchie molto profonde con mensolina soprastante molto pronunciata creano un microclima di aria molto calda che circonda il termosifone. Il modello matematico del ripartitore calore non può a priori sapere se il sensore di temperatura esterno sta misurando la temperatura dell’aria della stanza o quella di un microclima forzato da una simile situazione.

ERRATO POSIZIONAMENTO

I ripartitori calore devono essere installati in una posizione specifica della superficie del termosifone: alla sua metà del lato orizzontale e, a seconda dei casi, a 1/3 o 1/4 dal suo lato superiore. 5mm-10mm di errato posizionamento incominciano a dare problemi rilevabili. L’installatore commette spesso degli errori anche dovuti al fatto che molti termosifoni hanno bordi superiori arrotondati e quindi non è semplice allineare correttamente il metro di riferimento. Inoltre, per termosifoni con numero di colonne dispari e quindi interspazi dove incastrare il ripartitore pari, questo viene installato non al centro dell’orizzontalità del termosifone con errori sistematici da 30mm a 80mm.

SCALDASALVIETTE

I ripartitori calore nascono prevalentemente per contabilizzare su termosifoni in cui l’acqua scorre verticalmente; gli errori fatti applicandoli in termosifoni in cui l’acqua scorre orizzontalmente non sono noti.

 

Differente termiche per termosifoni uguali a causa posizionamenti relativi tubi ingresso ed uscita: il ripartitore calore non ne tiene conto
Differente termiche per termosifoni uguali a causa posizionamenti relativi tubi ingresso ed uscita: il ripartitore calore non ne tiene conto

Errori di configurazione: 1%-5% dei casi per configurare manualmente il ripartitore calore
Errori di configurazione: 1%-5% dei casi per configurare manualmente il ripartitore calore

Errori di configurazione: 1%-5% dei casi per configurare manualmente il ripartitore calore
Il ripartitore calore non è metrologicamente riferibile in un contesto d’uso normale
POSIZIONAMENTO TUBI INGRESSO ED USCITA

Un importante studio condotto dal Politecnico di Milano ha messo in evidenza come le caratteristiche termiche del termosifone cambino profondamente a seconda del posizionamento reciproco dei tubi di ingresso ed uscita: alto-dx/basso-dx, alto-dx/basso-sx, basso-dx/basso-sx, ecc. I ripartitori calore in genere non tengono conto di queste differenze. Si legga a questo proposito i risultati della sperimentazione del Politenico di Milano in questa presentazione.

ERRATA CONFIGURAZIONE

Anche nelle migliori delle ipotesi è impensabile che statisticamente non ci siano errori da parte degli installatori che devono manualmente configurare alcuni parametri di ogni ripartitore. Questi errori difficilmente vengono scoperti in un secondo momento perché una volta che l’installatore ha completato il suo lavoro non ci sono altre evidenze macroscopiche che segnalino un’errata configurazione a meno che la ditta installatrice non effettui una verifica di back-office e che l’errore sia nel parametro di calibrazione e non nella rilevazione delle dimensioni e tipologia del termosifone. Se l’errore non viene rilevato subito nessuno se ne accorge per tutta la vita del dispositivo.

RIFERIBILITÀ METROLOGICA

Questo è forse l’aspetto più inquietante dei ripartitori calore è che non hanno riferibilità metrologica o è molto difficile realizzarne una. La metrologia, la disciplina scientifica della misura, si basa sia per principio intrinseco che per normativa sul concetto di poter confrontare la misura di alcuni strumenti con quella di altri omogenei e più accurati eventualmente anche di diverso tipo per stabile se lo strumento in esame funziona correttamente e determinarne il livello di accuratezza. I ripartitori non hanno riferibilità perché di fatto una volta installati in un contesto reale no è possibile installare un altro strumento per stabilire la bontà della loro ripartizione.

 

Queste considerazioni sono solo aggiuntive rispetto al fatto che gran parte dell’inaccuratezza dei ripartitori calore è intrinsecamente dovuta al tipo di misura che viene effettuata e che si riferisce a grandezze fisiche indirette (la temperatura superficiale del termosifone e quella dell’aria che lo circonda) e non a quelle direttamente coinvolte nello scambio termico. La promessa di un errore del 5% circa viene certificata dai produttori di ripartitori generalmente con prove su una singola coppia ripartitore/termosifone effettuate in condizioni ideali di funzionamento ricreate in una così detta camera climatica. Ben diversamente vanno le cose una volta installato un sistema completo in un edificio reale. È molto interessante a questo proposito una sperimentazione fatta dall’Università di Cassino installando i ripartitori di calore in un edificio dove erano stati montati anche dei contatori calore di riferimento per ogni termosifone. Questa ricerca (qui la presentazione) ha rilevato errori tipici della tecnica basata sui ripartitori calore superiori del 9% e massimi del 40%.

Tabella confronto accuratezze tra diverse tecniche metrologiche di contabilizzazione calore. Il ripartitore calore ha errori tra il 9% ed il 40% (fonte Università di Cassino)
Tabella confronto accuratezze tra diverse tecniche metrologiche di contabilizzazione calore. Il ripartitore calore ha errori tra il 9% ed il 40% (fonte Università di Cassino)

 

La stessa ricerca prendeva in esame anche altre tecniche di ripartizione come quelle dette a gradi giorno o affini che rilevano grandezze fisiche ancor più indirette di quelle su cui si basano i ripartitori calore. Infatti, in questo caso l’Università di Cassino ha rilevato errori massimi fino al 29% ed 87% per tecniche basate sul tempo di apertura compensato dalla temperatura in ingresso di ogni corpo scaldante.

Grafico confronto accuratezze tra diverse tecniche metrologiche di contabilizzazione calore. Il ripartitore calore ha errori tra il 9% ed il 40%.
Grafico confronto accuratezze tra diverse tecniche metrologiche di contabilizzazione calore. Il ripartitore calore ha errori tra il 9% ed il 40%.

EcoThermo risolve tutti questi problemi a priori perché, pur non dovendo installare un contatore calore completo anche della sua sonda di portata per ogni termosifone, rifà la propria misura alle tre grandezze fondamentali: temperatura di ingresso ed uscita e portata d’acqua per ogni termosifone. Inoltre la fase di calibrazione di EcoThermo, che nel gergo dell’ingegneria dei controlli automatici viene detta identificazione matematica, è completamente automatica ed esclude la possibilità di errori, che difficilmente verrebbero rilevati, da parte dell’installatore. Il seguente grafico illustra in modo qualitativo il posizionamento di accuratezza delle quattro tecniche citate in questo articolo. Gli errori rappresentati derivano dalla sperimentazione dell’Università di Cassino per quanto concerne i riparatori calore e le tecniche basate o derivate sui gradi giorno e va ricordato che in edifici vecchi possono esser ben peggiori a causa dei fenomeni sopra elencati; quelli dichiarati dalle case produttrici per quanto riguarda i contatori calore; la sperimentazione condotta sul mokup termo-fluido-dinamico dal Politecnico di Torino ed INRIM per quanto riguarda EcoThermo (link).

 

Va infine messo in evidenza che la tecnica basata sui ripartitori calore oltre ad avere significativi limiti di qualità, ha anche dei forti limiti applicativi che ne impediscono l’adozione in molti casi d’uso.

Ventil-convettore: incompatibile con il ripartitore calore
Ventil-convettore: incompatibile con il ripartitore calore

Riscaldamento a pavimento: incompatibile con il ripartitore calore
Riscaldamento a pavimento: incompatibile con il ripartitore calore

Termosifoni di stile con superficie piatta: bisogna rovinarli per installare il ripartitore calore
Termosifoni di stile con superficie piatta: bisogna rovinarli per installare il ripartitore calore
INCOMPATIBILITA’ CON VENTILCONVETTORI

I ripartitori calore non si possono installare in edifici dove anche una piccola parte dei corpi scaldanti sono ventilconvettori. In genere i ventilconvettori si trovano negli uffici (spesso posizionati al primo piano) o in negozi (piano terra). Va notato che anche se la maggior parte dei corpi scaldanti dell’edificio sono termosifoni, il sistema di contabilizzazione non si può installare nell’intero edificio perché non si sarebbe in grado di distribuire i costi tra termosifoni e ventilconvettori.

INCOMPATIBILITA’ CON RISCALDAMENTO A PAVIMENTO

I vecchi impianti di riscaldamento a pavimento costruiti attorno agli anni ’60 sono tra i sistemi di riscaldamento più dispendiosi e con alcuni problemi di comfort dovuti alle elevate temperature necessarie per riscaldare gli ambienti. Purtroppo i ripartitori calore non sono compatibili con questi corpi scaldanti.

INCOMPATIBILITA’ CON TERMOSIFONI PIATTI E/O DI STILE

Capita soprattutto a seguito di ristrutturazione di trovare termosifoni di design e molto costosi, spesso a superficie piatta. In questo caso l’unico modo per installare i ripartitori calore consiste nel smerigliare via la vernice, saldare sul termosifone una vite in ottone ed avvitarci sopra il ripartitore calore. Ovvio che i proprietari dell’appartamento si oppongano, ma in questo modo non si sa come contabilizzare il calore per l’intero edificio.

 

EcoThermo è compatibile anche con queste tipologie di corpi scaldanti.