Applicazioni e soluzioni - Acqua calda

6.1 Energia chimica

I processi di combustione (ossidazione) convertono l’energia immagazzinata nelle sostanze in calore e sottoprodotti. A tal fine si utilizzano diverse fonti energetiche con potere calorifico specifico.

Combustibili e potere calorifico (valori medi)

I sottoprodotti dei processi di combustione comprendono l’anidride carbonica CO₂ e altri gas che vengono rilasciati in grandi quantità trattenendo nello spazio l’irraggiamento termico infrarosso del pianeta e determinando un aumento della temperatura atmosferica (comunemente noto come «effetto serra»).

6.2 Energia elettrica

L’energia elettrica può essere completamente convertita in energia termica con una resistenza di riscaldamento, ossia con un livello di rendimento del 100 %. Si tratta tuttavia della trasformazione di energia di qualità superiore (elettricità) in energia di qualità inferiore (calore) in quanto la produzione di energia elettrica comporta un onere tecnico elevato e il livello di rendimento è ridotto. Serve tanta energia elettrica per riscaldare 200 litri di acqua a 60 °C.

Vantaggi del riscaldamento dell’acqua attraverso energia elettrica:

• Gli elementi riscaldanti hanno un ingombro ridotto.

• L’energia elettrica è trasportabile, regolabile e disponibile.

• Niente residui né gas di scarico.

6.3 Energia radiante

L’irraggiamento solare può essere impiegato per produrre calore (solare termico) o elettricità (fotovoltaico) in modo mirato. La trasformazione delle radiazioni in calore avviene mediante l’assorbimento delle radiazioni nelle sostanze. Negli impianti solari termici dotati di collettori solari, la radiazione viene convertita in calore ottenendo livelli di rendimento elevati. Le perdite nei collettori solari sono costituite da riflessione della luce, irraggiamento termico, convezione e conduzione termica – e aumentano con la temperatura delle sostanze irradiate.

L’irraggiamento solare è disponibile in misura illimitata. La costante solare, ossia l’irraggiamento medio del pianeta Terra, è di 1'361 Watt/m². La resa termica media annua nell’Altopiano svizzero è compresa tra 350 e 700 kWh/m². Un impianto con collettori solari può coprire fino al 70 % del fabbisogno energetico annuo per la produzione di acqua calda (fonte: suissetec, Manuale sulla produzione di acqua calda).

Gli svantaggi degli impianti con collettori solari sono rappresentati dalla disponibilità e dall’intensità dell’irraggiamento solare che dipendono dall’ora del giorno e dalle condizioni atmosferiche. Per il dimensionamento dell’impianto con collettori solari occorre tenere conto della formazione di vapore acqueo in presenza di valori di radiazione elevati. L’acqua riscaldata nell’impianto con collettori solari è acqua per l’esercizio. Per immagazzinare l’energia termica è necessario un (grande) serbatoio dell’acqua per l’esercizio, dove il calore viene trasferito al sistema di distribuzione di acqua potabile mediante uno scambiatore di calore.

6.4 Calore ambientale

Qualsiasi sostanza con una temperatura superiore allo zero assoluto di 0 kelvin o −273 °C contiene energia termica. L’energia termica presente nell’aria, nell’acqua o nel suolo può essere utilizzata con pompe di calore e impianti geotermici per ottenere il calore necessario per la produzione di acqua calda. Le sorgenti termali calde vengono utilizzate direttamente per alimentare le piscine oppure si utilizzano pompe di calore che sottraggono calore all’acqua sorgiva calda per riscaldare gli ambienti portandola, al contempo, a una temperatura idonea alla balneazione: cosiddetta «utilizzazione a cascata» con diminuzione progressiva della temperatura dell’acqua (fonte: Geothermie Svizzera). I grandi impianti geotermici sfruttano il calore terrestre a profondità fino a 3'500 metri per produrre energia elettrica per mezzo di turbine a vapore.

Il calore ambientale è considerato un’energia rinnovabile ed è disponibile pressoché in misura illimitata. Le emissioni di gas a effetto serra come l’anidride carbonica (CO₂) sono notevolmente ridotte rispetto a impianti a combustibili fossili.

Gli svantaggi dell’energia geotermica sono rappresentati dai costi di acquisto relativamente alti per gli utenti privati rispetto a sistemi di riscaldamento a gas o a olio combustibile, dai rischi connessi allo sfruttamento del suolo per i grandi impianti e dalla mancanza di un quadro normativo uniforme.

6.5 Calore residuo

I grandi impianti tecnici quali gli impianti d’incenerimento dei rifiuti urbani producono molto calore. Attraverso reti di distribuzione di teleriscaldamento, questo calore può essere convogliato nelle aeree urbane per la produzione di acqua calda nelle economie domestiche.