Caldaia Elettrica Fai-Da-Te – Boiler solare fotovoltaico

Riassunto

Dopo aver rilevato nel 2010 che, per vari motivi si spende meno a riscaldare l’ acqua calda sanitari con un semplice boiler elettrico al posto della caldaia gas istantanea ho voluto verificare cosa succedeva a riscaldare la casa con la energia elettrica. Nel 2012 realizzai un caldaia elettrica provvisoria, simile a quella descritta in questa pagina e, a fine Aprile, tolsi la vecchia caldaia a gas e montai per un mese quella elettrica facendo dei rilievi termici. Non sto a farla lunga ma emerse con chiarezza che non c’era la convenienza, allora, come oggi: il riscaldamento elettrico costa quasi il doppio del riscaldamento a gas e compresi perché non si poteva ripetere quanto visto per il boiler. QUI.

Ho riesumato questo progetto perché prima o poi dovrò cambiare la mia vecchia caldaia a metano e dato che da qualche anno integro il riscaldamento a gas con circa 15 quintali di legna ho dimezzato il consumo di metano per scaldare la casa per cui nel caso mettessi una caldaia elettrica + 15-20 legna dimezzerei il consumo di energia elettrica e alla fine dei conti spenderei poco di più rispetto ad una caldaia a condensazione ma avrei il pieno controllo della situazione senza dipendere più da nessuno.

C’e anche da dire che l’Europa sta spingendo per porre fine alla vendita delle caldaie a gas e, come alternativa, sta puntando sulle pompe di calore le quali, oltre ad avere una resa inferiore alle caldaie a condensazione, hanno anche costi di istallazione elevati perché l’apparato va posto all’esterno della abitazione con conseguenti opere murarie ed elettriche per la sua istallazione per cui, chi non vuole mettere sottosopra la casa, potrebbe considerare una caldaia elettrica, perché essa può sostituire con estrema facilità la vecchia caldaia a gas senza apportare nessuna modifica agli impianti esistenti, se non un ‘irrobustimento dei cavi di alimentazione e cambio contatore se non fossero adeguati e, alla fine dei conti, come vedremo, potrebbe rivelarsi una scelta accettabile. Di seguito é descritta la caldaia che ho costruito.

Schema idraulico caldaia elettrica

Legenda:

Rci, Rc2, Rc3=Rubinetti

Calorif...=Caloriferi esistenti

Vaso espansione da 8 litri circa= Non é obbligatorio istallarlo vicino alla caldaia e quindi può risultare comodo metterlo in prossimità di un calorifero, in tal modo si ricupera spazio per eventuali interventi manutentivi.

M=Manometro, per misurare la pressione dell’impianto, può essere istallato anche lui, sul circuito dei caloriferi.

Vs=Valvola di sicurezza tarata a 3 BAR si può istallare dove si vuole, serve a scaricare l’acqua qualora, causa guasto la pressione del circuito idraulico dovesse superare i normale valore di servizio oscillante tra 0,8 e 1,4 BAR.

PR= Pressostato rivelatore minima pressione acqua.

Pompa= E’ un comune circolatore per caldaie a gas montato alla uscita dello scambiatore o dove si vuole.

Scambiatore elettrico: Lunghezza=35 Cm, larghezza 11 Cm, altezza 35 Cm, spessore 8 mm. In esso sono alloggiate 4 resistenze per boiler da 2000 watt cadauna. Lavorano tutte, per distribuire bene il calore ma sono sottoalimentate perché la potenza massima necessaria per scaldare la casa non dovrebbe superare 4000 watt massimo.come vedremo.

schema elettrico caldaia

Schema caldaia elettrica

Legenda:

PA=Pulsante avviamento

STOP=Pulsante arresto

T=trasformatore servizi ausiliari 220/24 volt 50 VA

RV=Relé vigilanza octal 250v 10A bobina 24 volt c.a .Foto relé Foto zoccolo.

C= CONTATTORE ABB Tipo A16-30-10 Bobina 24V 50-60 Hertz Fotocome vedremo.

TS =termostato di sicurezza temperatura misurata sul bollitore tarato a 55 gradi centigradi. Tensione di lavoro di 250V c.a 5 A. Foto

TH= Termostato di servizio temperatura dell’acqua regolato al massimo a 50 gradi.Foto

PR= Pressostato minima pressione acqua

R= resistenze boiler da 2000 watt 220 volt

SCR voltage regulator: regola la potenza sulle resistenze QUI

——Funzionamento——

All’inizio della stagione invernale, dopo aver chiuso l’interruttore magnetotermico generale, si preme il pulsante PA, il relé RV si eccita e rimane chiuso per tutta la stagione se non ci sono guasti.

La eccitazione di RV provoca la chiusura del contattore C e la chiusura dei suoi contatti principali fa fluire corrente nelle resistenze dello scambiatore mentre con la chiusura del suo contatto ausiliario avvia il circolatore. Il termostato regolabile TH mantiene la temperatura impostata di circa 50 gradi.

La potenza sulle resistenze si regola agendo sul potenziometro del SCR voltage regulator.

Le sicurezze sono affidate al pressostato che manda in blocco la caldaia quando la pressione nel circuito é minore di 0,8 BAR oppure la temperatura sul coperchio dello scambiatore supera 60 gradi centigradi.

Nel caso di pressione superiore a 3 BAR interviene la valvola di sicurezza Vs che scarica l’acqua in eccesso.

Quanto costa riscaldare la casa in Italia con la caldaia elettrica?

Parecchio, tra tutti i sistemi é quello abbondantemente più costoso. Il meno costoso é dato dal riscaldamento a legna con stufa o camino. QUI

Tra questi estremi si collocano le caldaie a gas e le pompe di calore aria- acqua. Comunque la si giri spenderemo di più, per scaldare la casa se ci tolgono il gas. I calcoli sui costi di riscaldamento che ho considerato sono in gran parte basati sulle sperimentazioni che conduco da anni nella mia abitazione avente le seguenti caratteristiche:

villino a schiera, non di testa, ben soleggiato, del 1990, sito in provincia di Monza, doppi vetri, su tre livelli, classe F, zona climatica E, 100 mq da riscaldare a 20 Gradi centigradi per 14 ore al giorno tra 15 Ottobre e 15 Aprile. (In realtà la casa é più grande ma ho escluso il box, cantina, taverna, lavatoio che non sono riscaldati).

Consumo totale annuo gas riscaldamento=1050 MC a cui corrispondono 10.000 kwh termici. Per avere lo stesso calore con la caldaia elettrica dovrebbero occorrere circa 7000 kwh elettrici. Il confronto tra le varie sorgenti é riassunto QUI

Dalla tabella emerge con chiarezza la graduatoria dei rendimenti ma a me interessa porre in evidenza la opzione gialla e cioé riscaldamento elettrico con l’aggiunta di 15-20 quintali di legna bruciata nel camino.

L’assorbimento della rete elettrica si dimezza, trattasi di una inferenza teorica che si basa su quanto faccio da qualche anno: ‘aiuto’ la caldaia a gas bruciando 15-20 quintali di legna e questo ha dimezzato il consumo di metano: da 1050 metri cubi anno a 550 metri cubi anno. La mattina alle 7,30 parte la caldaia a gas e lavora sino alle 14 dopo di che accendo il camino che riscalda la casa sino a sera, il termostato caldaia si ferma sino al giorno dopo. Questa modalità dovrebbe produrre gli stessi effetti se al posto della caldaia a gas ci fosse quella elettrica e quindi il consumo di energia della caldaia elettrica si dimezza attestandosi a circa 3500 kwh, lo stesso valore che i costruttori di pompe di calore aria-acqua stimano per una casa come questa. QUI

E’ ovvio che la bolletta elettrica si dimezza e pareggia i costi della pompa di calore, non solo con la legna ma anche con il supporto di un impianto fotovoltaico in grado di generare circa 3500 kwh tra Ottobre ed Aprile e questo comporta una potenza installata FV non inferiore a 4,5 Kw.

Avendo il sottoscritto un contatore da 6 Kw non potrà fruire della piena potenza ottenibile con le 4 resistenze perché non rimarrebbe nulla per le altre utenze ma dai miei calcoli so che 4,5 kw bastano, anche nei mesi di dicembre e gennaio quando il freddo é massimo e se mancasse un pò aumento la fascia oraria di utilizzo del camino.

L’unico fattore critico,che andrà valutato é che con tale potenza, la mattina, la casa si riscalda più lentamente rispetto a quello che fa la caldaia a gas che, per le prime ore dopo la accensione marcia ad almeno 10kw ora termici per poi abbassarsi dopo un paio di ore a casa già calda, a valori di alcuni kw termici per tutta la giornata. Per avere avere alla stessa ora, poniamo alle 8 del mattino la stessa temperatura che avrei con la caldaia a gas stimo che dovrei accendere almeno 2 ore prima la caldaia elettrica, ma sarà a prova concreta a dire come stanno le cose.

Per ora la caldaia elettrica da me costruita, che ha superato brillantemente le prove al banco sta ‘in panchina’. La monto appena si guasta quella a gas in uso, se, i costi saranno accettabili, rimarrà lei con la legna a scaldare la casa. Diversamente valuterò altre che faccio intravedere al fondo di questa pagina.

Coperchio scambiatore con montate le resistenze

coperchio scambiatore visto dall’esterno

Scambiatore completo

bollitore coibentato con tessuto ceramico – Tutti i componenti della caldaia devono essere ignifughi ignifughi

Bollitotore avvolto con nastro di alluminio per evitare lo sfogliamento del tessuto ceramico

Bollitore avvolto con nastro di alluminio per evitare lo sfogliamento del tessuto ceramico

vaso espansione montato su un calorifero

Quadro elettrico di comando con strumentazione di controllo temperatura, tensione corrente potenza energia

Posteriore della caldaia ove si vedono i tubi per far circolare l’acqua su se stessa e controllare tutti i parametrici di funzionamento

Scambiatore completamente coibentato. Inizialmente avevo pensato di non coibentare il coperchio a causa della presenza dei cavi ma dalle prove é emerso che avrei perso alcuni punti percentuali di energia termica da infilare nei caloriferi quindi adesso la coibentazione é totale.

—————–NOTE SUL PROGETTO——————-

All’hobbista é permesso di fare tutto purché non faccia danni se no sono guai a partire dalla moglie….

In questo progetto il guaio da evitare é l’incendio e quindi oltre alle sicurezze che bloccano il funzionamento in presenza di riscaldamento anomalo, descritte sopra, occorre grande attenzione alla scelta dei materiali che siano il più possibile ignifughi, che non propaghino cioé la fiamma e a tal riguarda stavo per fare una castronata che racconto per evitare che altri facciano lo stesso errore.

Come pannello di controllo ho acquistato una cassetta in PVC di una buona marca QUI. Se l’avessi usata avrei risparmiato del lavoro in quanto aveva le barre DIN già montate, lo sportello e gradevole alla vista.

Dopo aver fatto i fori per il passaggio cavi , prima di iniziare il cablaggio, mi viene la ‘ispirazione’ di provare a bruciare i i pezzi tondi residui della foratura: mi sono spaventato, appena accostati alla fiamma della cucina si sono incendiati completamente con abbondante emissione di fumo nero. Questo significa che in caso di principio di incendio, che con gli apparati elettrici non si può mai escludere, la cassetta avrebbe contribuito non poco alla propagazione della fiamma.

Dopo ampia ricerca ho scelto una cassetta completamente metallica nata per contenere il contatore dell’acqua ma che per il mio mio progetto andava bene, ho perso del tempo per adattarla ma adesso sono tranquillo QUI. perché, essendo il lamiera zincata, non potrà mai incendiarsi.

Il pregio di questa caldaia elettrica fai da te é la sua affabilità: anche se il giorno di Natale dovesse guastarsi una resistenza, non si sta al freddo: basta aprire il relativo interruttore e la caldaia continua il servizio con le altre tre resistenze e quella guasta la si cambia quando si ha tempo. La potenza complessiva istallata nello scambiatore é infatti di 8000 watt (4 resistenze in parallelo da 2000 cadauna) che in condizioni normali sono alimentate a circa il 40-50% della potenza nominale per cui, anche se ne brucia una, si agisce sul regolatore e si compensa tale mancanza. Qualsiasi guasto negli altri componenti lo si può risolvere subito, se si ha il ricambio in casa, l’unico che richiede un paio di ore per la sostituzione é il circolatore ma trattasi di un componente che può funzionare decenni senza problemi, talvolta si guasta solo il condensatore di avviamento che si può cambiare in pochi minuti.

Un cenno ai costi: dovendo acquistare tutto nuovo la caldaia fai-da-te si spende poco meno di una caldaia comprata sul mercato, se invece si recupera qualche cosa di usato, a partire dal circolatore, facilmente recuperabile da caldaie in disuso, si può arrivare molto meno.

Il vantaggio del fai-da-te é la soddisfazione di costruirsi una caldaia e non dipendere più da nessuno per la manutenzione e questo rappresenta un bel risparmio.

TERMOVENTILATORI ELETTRICI MEGLIO DELLA CALDAIA ELETTRICA?

Come già detto, questa caldaia elettrica la monterò dopo che si guasta quella a gas che ho dal 1992 che va benissimo dopo che dal 2010 non gli faccio più scaldare la acqua calda sanitari. In attesa del giorno fatidico, che magari arriva quando sono già morto, perché non sono giovanissimo, procedo con le riflessioni e ora mi sto concentrando su due fattori di cui si parla poco ma che possono fa emergere un’altra soluzione elettrica, banale, ma ancora più efficiente della caldaia elettrica.

1) PERDITA DI CALORE NEI TUBI DELL’IMPIANTO

In qualsiasi tipo di caldaia che scalda acqua e la fa circolare nei caloriferi c’e una perdita di calore nei tubi, anche se sono coibentati.

Qui sotto c’e un sito che ha fatto il calcolo della perdita, non so quanto sia affidabile, ma il problema certamente esiste. I dati che emergono fanno ritenere che si perde circa il 10% nei tubi nell’esempio considerato ma il valore effettivo dipende da come é fatto ogni singolo impianto.

https://espertocasaclima.com/2011/10/20/isolamento-tubazioni-distribuzione-riscaldamento/

2) SCARSA EFFICIENZA DEI CALORIFERI POSIZIONATI VICINO AL MURO

Questo é un altro fattore di grande inefficienza. Purtroppo, da sempre, i caloriferi vengono messi vicino ai muri perimetrali o sotto le finestre per non compromettere l’uso della casa ma sono posizioni altamente inefficienti, non sono in grado di dimostrare con i numeri quello che affermo ma é intuibile che non sono nella posizione migliore.

Infatti, anche se coibentiamo il lato del calorifero verso in muro una parte di calore se va, mentre la diffusione del calore partendo da una posizione periferica della stanza non é razionale perché il posto migliore sarebbe al centro e da li diffondere il calore o anche vicino ad una parete interna non perimetrale. Quando i caloriferi sono sotto le finestre la situazione é la peggiore perché se lasciamo aperte le tende, favoriamo la diffusione del calore ma entra più freddo dai vetri mentre se chiudiamo le tende entra meno freddo dai vetri ma parte del calore rimane intrappolato prima delle tende.

3) CONSUMO DEL CIRCOLATORE

Il circolatorie assorbe circa 85 watt per fare circolare l’acqua nei caloriferi, é una potenza persa che non si trasforma in calore da mandare nei caloriferi.

——————come azzerare le inefficienze descritte sopra?————–

Sembra fin troppo banale a dirlo ma si arriva li: termoventilatori o caloriferi ad olio di antica memoria.

questi apparecchi non hanno i problemi descritti sopra perché non hanno tubi dell’acqua che li alimentano e neppure delle pompe e li possiamo mettere nei punti migliori della stanza senza perdere il calore rispetto ai caloriferi appiccicati alle pareti periferiche, il tutto si traduce in una maggiore efficienza di almeno il 13% (8% perdita tubi, 2% posizione caloriferi 3% pompa) che sommato a quella della caldaia elettrica rispetto al gas fa un totale del 43%.

Sono arrivato a queste ipotesi perché, essendo al momento il mio scopo quello di comprime l’uso del gas al massimo usando la legna, per stimare quanta potenza elettrica mi occorre se scalderò con la caldaia elettrica + legna, accade che al piano terra, dove al mattino c’e la caldaia a gas che scalda tutta la casa, e al pomeriggio sta spenta e va solo al camino, pur diffondendo attraverso la scala un pò di calore verso il primo piano accade che ho un grado in meno rispetto al piano terra.

Se si deve studiare o lavorare alla scrivania si avverte un po di freddo e allora ho istallato nel pianerottolo del primo piano, da cui si diramano tre stanza +bagno una comune stufa elettrica ad olio che va a metà potenza nominale (750watt) e dovo dire che questo ‘aiutino’ di qualche ora al pomeriggio mi porta la temperatura nelle stanze come al piano terra e quindi il suo rendimento mi é apparso degno di attenzione.

In buona sostanza, la alternativa alla caldaie elettrica che sto immaginando sarebbe quella di piazzare in ogni stanza o dove serve, ma certamente non vicino ai muri perimetrali, dei comuni termoventilatori o stufette elettriche al posto della caldaia.

Comunque vada sono vicino all’obbiettivo a cui sto lavorando dal 2010 di porre fine alla ‘mungitura’ periodica per la manutenzione della caldaia a gas e essere indipendente senza spendere di più:

Ecco le tappe:

anno 2010: boiler elettrico scalda sanitari e comincio a risparmiare

anno 2012: trasformazione boiler elettrico in boiler fotovoltaico e risparmio di più

anno 2020 in poi: caldaia gas solo riscaldamento alloggio + 15- 20 Quintali di legna e dimezzo la bolletta gas portandola sotto 500 metri cubi anno.

2023 in poi? : eliminazione caldaia gas quando si guasta e sua sostituzione con questa caldaia elettrica + legna. L’opzione andrà verificato a consuntivo con i numeri ma sono fiducioso perché riuscire ad eliminare oggi la caldaia a gas, che fanno apposta sempre più complicate per poter avere pretesti manutentivi, avrà un peso significativo nel bilanciare la maggior spesa in energia elettrica ma STIAMO A VEDERE…