Massimi Risparmi per Vecchi Impianti di Riscaldamento Centralizzato

Circa 350 milioni di termosifoni in Europa, Russia, Turchia e parzialmente in Canada e Cina, hanno bisogno di esser convertiti con sistemi di contabilizzazione calore; 150 milioni di questi termosifoni sono stati già convertiti ad un uso più autonomo adottando sistemi basati sui così detti ripartitori calore (HCA) e valvole termostatiche. Questo tipo di sistemi devono essere, ormai da più di un decennio, obbligatoriamente installati nei vecchi edifici in molti paesi e regioni europee come Germania, Danimarca, Turchia ed altri. Una recente direttiva europea impone la loro adozione in tutto il territorio europeo entro il 31 dicembre 2016 (leggi di più). Il primo tipo di dispositivi, i ripartitori calore (HCA), è usato per motivi metrologici, di misura; i ripartitori permettono di attribuire i costi del riscaldamento in base alla reale energia termica assorbita da ogni appartamento dello stesso edificio ed indipendentemente dagli altri appartamenti. Le prestazioni in accuratezza di questi dispositivi, ciò il loro livello di errore nell’attribuire i costi del riscaldamento, sono peggiori di quanto promesso (leggi di più). L’altro tipo di dispositivi (valvola termostatica) è utilizzato per rendere il controllo della temperatura interna indipendente per ciascun appartamento dello stesso edificio. Infatti, in edifici con vecchi impianti di riscaldamento e con sistema di distribuzione verticale (costruiti in molte città fino agli anni ’70), non è possibile impostare una temperatura desiderata: semplicemente gli spazi domestici sono riscaldati costantemente per tutto il tempo che la caldaia è in funzione senza curarsi del fatto che gli inquilini siano effettivamente presenti durante tutto quel tempo o meno.

 

valvola termostaticaLe valvole termostatiche sono dispositivi piuttosto economici e robusti; nessuna elettronica, nessun motore elettrico, nessuna batteria. Solo un bulbo riempito di cera, di un liquido o un gas che si espande o contrae in funzione della temperatura dell’aria che circonda il termosifone. Queste sono le caratteristiche positive di questo dispositivo che è proposto in più del 99% dei casi in abbinata con il ripartitore calore. Purtroppo le valvole termostatiche consentono di ottenere risparmi molto bassi, decisamente più bassi di quanto promesso ed atteso. A seconda dell’uso, i risparmi reali che gli inquilini possono verosimilmente ottenere in media stanno nell’intervallo 6%-12%.  Risparmi più alti sono dichiarati in un numero marginale di casi e spesso questi maggiori risparmi sono dovuti a preesistenti sbilanciamenti dell’impianto di riscaldamento che potrebbero essere risolti anche senza ricorrere all’installazione delle valvole termostatiche. Bassi risparmi implicano un maggior tempo di ritorno dell’investimento che è un criterio fondamentale per la scelta di sistemi per il risparmio energetico che devono pagare sé stessi con i risparmi assicurati.

Per meglio comprendere perché le valvole termostatiche falliscono nel garantire dei risparmi significativi e perché le valvole elettroniche, che pure permetterebbero di raddoppiare o più i risparmi, non vengono vendute dobbiamo capire un po’ di fisica, un po’ di psicologia dell’interazione uomo-macchina e un po’ di politiche dei driver decisionali del mercato. Partiamo con un po’ di fisica. La quantità di potenza termica dispersa da un ambiente interno, come un appartamento o un ufficio, verso l’ambiente esterno è rappresentata da questa equazione

Q = K*(Tin – Text)

nella quale la costante K rappresenta i fattori di trasmissione termica e le superfici che separano l’ambiente interno da quello esterno. Ovviamente questa è una semplificazione perché ci sono molti e differenti fenomeni di trasmissione termica coinvolti (conduzione diretta, irraggiamento infrarossi, ventilazione quando vengono aperte porto o finestre) che dovrebbero essere considerati separatamente. Ma è ancora una approssimazione molto buona. Si supponga che la temperatura media invernale esterna sia 6°C (questo parametro cambia statisticamente con la posizione geografica): Text = 8°C. Nel caso la temperatura interna sia impostata a =21°C, la dispersione di potenza termica è pari a

Q = K*(Tin-Text ) = K*(21°C – 8°C) = K*13°C

K può essere dimensionalmente espresso in [W/°C] cosicché il risultato è in [W]. Se gli inquilini diminuiscono la temperatura dell’appartamento quando escno di casa a 16°C, la potenza che verrà dispersa sarà minore e pari a

Q’ = K*(T_in’ – T_ext ) = K*(16°C – 8°C) = K*8°C

Con questa semplice operazione gli inquilini stanno risparmiando

%max savings = (1 – Q^’/Q )*100 = (1 – 8/13)*100 = 38.4%

Questa percentuale di risparmio deve esser moltiplicata per il numero di ore giornaliere durante le quali è mantenuta la temperatura bassa; pertanto il risparmio effettivo risulterà più basso di questa cifra che rappresenta il massimo ottenibile sotto queste condizioni. In realtà la fisica coinvolta è un pochino più complessa, perché bisognerebbe considerare anche

  • L’inerzia termica delle strutture e l’arredamento: quando queste masse diventano fredde e poi il riscaldamento viene acceso nuovamente, una certa quantità di energia è necessaria non solo per compensare quanto è disperso verso l’ambiente esterno, ma anche per rialzare la temperatura di queste masse.
  • Se gli appartamenti adiacenti sono tenuti caldi, questi almeno parzialmente stanno scaldando l’appartamento il cui riscaldamento è spento.
  • In genere gli inquilini che hanno un mezzo per diminuire la temperatura dell’appartamento semplicemente, come ad esempio un termostato, banalmente spengono completamente il riscaldamento quando sono fuori casa. In tal caso non ha senso applicare la precedente equazione, semplicemente perché i consumi sono annullati durante quel periodo di tempo (in quel periodo si risparmi il 100%). Spesso la temperatura interna non crolla così in basso perché il tempo in cui fli inquilini non sono presenti è comunque limitato.

Nonostante queste altre variabili che rendono il problema più complicato, le seguenti considerazioni sono comunque vere:

  • Risparmi sul riscaldamento possono essere ottenuti abbassando il livello medio della temperatura interna
  • I più alti livelli di risparmio si ottengono quando gli inquilini abbassano sensibilmente la temperatura o spengono il riscaldamento durante le ore di assenza nel proprio appartamento
  • Dal punto di vista esclusivo dei risparmi ottenibili per uno specifico appartamento, è meglio spegnere del tutto il riscaldamento piuttosto che abbassarne la temperatura. O comunque, non è totalmente vera la certezza che storicamente caratterizza molti termo-tecnici che suggeriscono di non spegnere mai il riscaldamento perché si aumenterebbero i consumi nel riscaldare nuovamente strutture ed oggetti che con lo spegnimento completo si raffredderebbero troppo (leggi di più in questo studio del Politecnico di Torino).

Le testine termostatiche, che si avvitano sui corpi valvolari dei termosifoni per ottenere delle valvole termostatiche, modulano lo stato di apertura in funzione della temperatura dell’aria che circonda il loro bulbo. Siccome generalmente sono molto vicine al termosifone, la loro posizione in assoluto è la peggiore per rilevare la temperatura media della stanza perché sono esposte ad una temperatura maggiore. Anche quando il bulbo è posizionato in una sonda esterna per allontanarlo dal termosifone, questa sonda è montata su un muro che dà verso l’esterno, sotto ad una finestra e in una posizione bassa; tutte condizioni che, in questo caso, fanno rilevare una temperatura più bassa di quella media dell’ambiente che si vuole controllare. Il risultato è un errore nel controllo della temperatura sconosciuto e variabile di caso in caso, tanto che non ha alcun senso esplicitare in gradi Celsius o Fahrenheit la scala graduata con cui impostare la temperatura desiderata. Questo è il motivo per cui le testine termostatiche hanno una ghiera numerata semplicemente da 0 a 5: il controllo della temperatura è così impreciso che dichiararlo in °C o °F sarebbe semplicemente un inganno. Il problema è che gli utenti finali non sono consapevoli di quale temperatura viene effettivamente mantenuta nelle stanze controllate dalle valvole termostatiche e che credono di aver impostato; in molti casi la temperatura effettivamente mantenuta è più alta di quella che vorrebbero avere (ad esempio 23°C anziché 21°C) facendo aumentare le loro spese anziché diminuirle.

La cosa peggiore è che il motivo dei bassi risparmi ottenibili con le valvole termostatiche sta nel loro uso reale. Siccome sono installare in ogni termosifone e sono semplici dispositivi meccanici, gli inquilini dovrebbero modificare manualmente l’impostazione della ghiera numerata di ogni valvola e tutte le volte che escono e rientrano a casa ogni giorno. Questo, di fatto, non è l’utilizzo tipico degli utenti di 150 milioni di valvole termostatiche attualmente in funzione. Gli inquilini tendono a impostare le valvole termostatiche a un livello per il quale essi percepiscono un comfort termico sufficiente e poi le valvole sono dimenticate per sempre. Questa è la ragione principale dei così bassi risparmi che caratterizzano i sistemi di conversione basati sui ripartitori calore e le valvole termostatiche: gli inquilini, gli utilizzatori finali, continuano a sprecare energia termica quando sono fuori casa perché le impostazioni delle valvole non sono agevolmente modificabili più volte al giorno.

Lo schema seguente riassume le tipiche richieste dei condomini un po’ più consapevoli quando affrontano la necessità di acquistare ed installare un sistema di conversione dell’impianto di riscaldamento centralizzato.

FINAL USERS NEEDS

Prestazioni di risparmio nettamente superiori (20%-35%) potrebbero essere assicurate da valvole elettroniche che offrono queste funzioni:

  • Pre-configurazione delle temperature giornaliere secondo le abitudini settimanali d’uso e di presenza nell’appartamento
  • Un modo semplice per accendere e spegnere il riscaldamento o alzarne/abbassarne la temperatura con la pressione di un unico tasto di un termostato per l’intero appartamento

 

Non tutte le valvole elettroniche proposte sul mercato possono essere gestite da un unico termostato elettronico, ma anche quelle che realizzano solo la prima funzione sarebbero sufficienti per aumentare i risparmi rispetto alle valvole termostatiche. Di fatto, però, statisticamente le valvole elettroniche vengono vendute in meno dell’1% dei casi. Questa bassissima percentuale di vendita è confermata in tutti i paesi europei evidenziando che la ragione di base non è né culturale, né economica. La ragione prima va cercata nel fatto che gli amministratori di condominio e i gestori calore disincentivano con forza i clienti finali (cioè i condomini) ad acquistare le valvole elettroniche. Il motivo è la durata delle loro batterie: amministratori e gestori calore non vogliono farsi carico delle innumerevoli richieste di assistenza che potrebbero ricevere a causa dello scaricarsi delle batterie, soprattutto da persone anziane e poco smaliziati all’uso di dispositivi elettronici. La preoccupazione di questi attori è ragionevole dalla loro prospettiva: un drastico aumento di lavoro che nessuno vorrebbe pagare. Lo svantaggio è che questo conduce all’adozione di una tecnologia non accurata e non efficiente che sta creando malumore perché fallisce sia nel garantire i promessi livelli di risparmio che l’accuratezza nell’attribuire i costi di riscaldamento usando i ripartitori calore.

 

Il team di ricerca e sviluppo di EcoThermo ha progettato e sviluppato molte innovazioni anche per l’elettrovalvola BVA di EcoThermo. Una delle innovazioni più importanti di questo dispositivo riguarda una soluzione elettro-meccanica specificatamente orientata alla riduzione drastica dei consumi delle sue batterie: nel caso peggiore durano 4-5 anni reali perché il consumo medio di energia per ogni attuazione è da 2.5 a 5 volte inferiore di quello delle elettrovalvole attualmente esistenti. Inoltre, questo dispositivo realizza sei controlli antimanomissione e, dato che comunica senza fili con un server remoto, possibili allarmi giungono in tempo reale e non alla fine della stagione invernale come invece avviene per i sistemi di contabilizzazione calore tradizionali. Infine, siccome EcoThermo è un vero e proprio sistema Internet of Things, gli utenti lo possono completamente controllare da remoto aumentando le loro opportunità di risparmio (guarda questo video). Il mercato di riferimento è enorme: 350 milioni di termosifoni da convertire, equivalente a 60 miliardi di euro per la vendita dei sistemi e 2.5 miliardi di euro all’anno per la contabilizzazione calore.