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Addolcitori d’acqua, caldaie e perdite energetiche

La durezza dell’acqua è un parametro di grande interesse per tutti gli impieghi tecnologici dell’acqua, da quelli domestici a quelli industriali.

Un’acqua viene definita “dura” quando è caratterizzata da un’elevata concentrazione calcio e magnesio[1], i cui sali hanno la capacità di depositarsi formando incrostazioni calcaree.

Sul territorio italiano l’acqua potabile viene distribuita con valori di durezza molto differenti, generalmente compresi tra 1 a 50°f ma che spesso superano i 25°f, ovvero acque dure dotate di un elevato potere incrostante[2].

Valori di durezzaClassificazione acquaPresenza sul territorio nazionale
≤ 15°fdolce20%
> 15 °f < 25mediamente dura42%
≥ 25°fdura38%

Un’acqua si dice invece “addolcita” quando viene trattata con addolcitori che utilizzano speciali resine scambiatrici di ioni, in grado di ridurre la concentrazione dei sali di calcio e magnesio sostituendoli con quelli di sodio, che non sono incrostanti.

I benefici dell’acqua addolcita possono riguardare, in ambito domestico, sia gli usi alimentari che quelli sanitari, ovvero oltre il 95% di tutta l’acqua consumata.

Per quanto riguarda gli usi alimentari dell’acqua è ben noto che le bevande preparate con acqua addolcita risultano più gustose, analogamente la qualità dei cibi cotti risulta migliore. Le acque “dure” non rappresentano in generale un problema per la salute umana, mentre risultano essere assai dannose per la stragrande maggioranza degli impieghi tecnologici, in particolare per quelli che prevedono un riscaldamento dell’acqua.

In ambito domestico la gran parte dell’acqua viene impiegata per usi diversi da quelli potabili o alimentari, e in quasi tutti i casi il calcare può provocare gravi danni economici ed anche igienico-sanitari.

La temperatura elevata è una condizione che favorisce il deposito del calcare, per questo motivo le superfici maggiormente esposte a questo fenomeno sono quelle che vengono in contatto con l’acqua calda, come nelle serpentine delle lavatrici, lavastoviglie, ferri da stiro e calderine, ma anche nelle condutture e nei rubinetti. Lo strato di calcare che va progressivamente ad accumularsi sulle superfici di questi impianti ne riduce l’efficienza, la portata e ne compromette con il tempo la funzionalità.

calcare tubature caldaie

Le incrostazioni calcaree avvengono anche con le acque fredde, seppur più lentamente, infatti non sono rari i casi in cui tubazioni per il trasporto dell’acqua potabile presentano occlusioni più o meno evidenti generate dai depositi carbonatici[3].

Il deposito di incrostazioni calcaree sulle superfici metalliche di scambio termico riduce l’efficienza energetica degli impianti. Le perdite energetiche causate dalle incrostazioni sono il risultato di moltissimi test, condotti anche in collaborazione con produttori di caldaie, che hanno fedelmente riprodotto le condizioni di utilizzo dei generatori d’acqua calda sanitaria, con e senza un idoneo trattamento dell’acqua.

La conduttività termica del calcare è circa 100 volte inferiore a quella del ferro, pertanto un’incrostazione calcarea ha elevatissimo potere isolante. Basti pensare che 1 mm di incrostazione calcarea è in grado di ridurre significativamente la capacità di scambio di un generatore per la produzione di acqua calda sanitaria, con il conseguente aumento del consumo energetico del 10%. All’aumentare dello spessore dei depositi calcarei diminuisce l’efficienza di scambio, così per ottenere lo stesso servizio aumentano inevitabilmente i consumi energetici[4]. Inoltre un aumento notevole dello spessore di calcare può provocare il surriscaldamento delle parti metalliche e la loro rottura per stress termico.

Un metodo per valutarne la perdita energetica consiste nella misura della temperatura dei fumi che escono dalla caldaia, ossia dell’energia termica che viene emessa in atmosfera anziché essere sfruttata per scaldare l’acqua. 

Spessore di incrostazione (mm)Aumento del consumo energetico (%)
110
318
736
1055
1563

In un circuito di acqua calda sanitaria oltre alle perdite energetiche vi sono altri effetti negativi dovuti alle incrostazioni:

  • aumento dei consumi e delle relative emissioni di anidride carbonica nell’ambiente;
  • riduzione della vita utile degli impianti;
  • riduzione delle condizioni igieniche degli impianti che favoriscono lo sviluppo della carica batterica (es. la legionella si annida molto più facilmente nei depositi calcarei);
  • riduzione drastica dei livelli operativi di sicurezza.

Infografica perdite energetiche calcare

Quanto detto acquisisce particolare rilevanza nelle caldaie, preposte al riscaldamento di grossi volumi d’acqua.

Ricordiamo che l’effetto incrostante è cumulativo, per cui anche un’acqua con una durezza modesta con il passare del tempo può provocare danni significativi alle calderine e, a maggior ragione, alle caldaie

Per questo motivo la recente Norma UNI 8065/2019[5] prevede, per la produzione di riscaldamento e acqua calda sanitaria, l’adozione di un sistema di trattamento dell’acqua in funzione del grado di durezza e della potenza della caldaia, come riportato in maniera riassuntiva nella seguente tabella:

Potenza del focolare (kW)Durezza dell’acqua (°f)Trattamento previsto
≤ 100Qualsiasi valore

A monte del generatore termico

·       filtro meccanico (>50µm)

·       dosatore condizionante chimico

A valle del generatore termico

·       filtro defangatore

·       condizionante chimico

>100≤ 15

A monte del generatore termico

·       filtro meccanico (>50µm)

·       dosatore condizionante chimico

A valle del generatore termico

·       filtro defangatore

·       condizionante chimico

>100>15

A monte del generatore termico

·       filtro meccanico (>50µm)

·       addolcitore

·       dosatore condizionante chimico

A valle del generatore termico

·       filtro defangatore

·       condizionante chimico

Per potenze termiche installate maggiori di 100 kW e in presenza di acqua di reintegro con durezza >15°f è obbligatoria l’installazione di un addolcitore, proprio per prevenire gli inevitabili inconvenienti tecnici dovuti alle incrostazioni calcaree a cui si andrebbe incontro. Lo schema seguente illustra un esempio di installazione nel caso di produzione combinata di riscaldamento e acqua calda sanitaria, per una potenza di focolare > 100kW e una durezza dell’acqua > 15°f.

schema_esempio_acqua_sanitaria_caldaia

  • A = filtro meccanico di sicurezza con grado di filtrazione > 50 µm
  • B = addolcitore
  • C = condizionamento chimico a protezione del generatore termico
  • D = filtro defangatore
  • E = condizionamento chimico a protezione del circuito di riscaldamento
caldaia_industriale_Acqua

Il dosaggio dei condizionanti nell’acqua degli impianti sanitari deve essere effettuato in modo proporzionale alla portata. Le quantità dosate devono essere sufficienti ad ottenere gli effetti desiderati senza compromettere in nessun modo i requisiti di potabilità.

Il trattamento dell’acqua, obbligatorio per gli impianti di nuova installazione e riqualificazione, va considerato sia per gli impianti centralizzati esistenti che per quelli autonomi con potenza nominali fino a 35kW, e anche per i semplici boiler per la sola produzione di acqua calda sanitaria.

L’installazione di un addolcitore d’acqua consente di ottenere un notevole risparmio energetico in quanto l’assenza di calcare nelle tubazioni, garantito dall’acqua addolcita, rende l’impianto idraulico più performante e consente di usare meno gas per il riscaldamento dell’acqua e dei locali.

Ed è proprio grazie all’efficientamento energetico che l’installazione di un addolcitore, nell’ambito di una pratica edilizia sulla singola unità immobiliare residenziale o sull’intera area condominiale, permette di usufruire dell’Ecobonus ed accedere alle detrazioni fiscali del 50% sull’acquisto dell’impianto e sulle spese necessarie all’esecuzione dei lavori e sulle eventuali altre prestazioni professionali richieste. 

  •  [1] L’unità di misura più diffusa per la durezza è il grado francese (°f), dove 1 °f = 10 mg/L carbonato di calcio (CaCO3)
  •  [2]“The quality of Italian drinking waters: hardness” Report EUR 18664 EN (1999)
  •  [3] La figura mostra la sezione di un tubo per acqua potabile (F = 15 cm) parzialmente occluso da incrostazioni calcaree
  •  [4] “Qualità e trattamento dell’acqua del circuito chiuso” Caleffi, 2012
  • [5] Norma Italiana UNI 8065/2019 “Trattamento dell’acqua negli impianti per la climatizzazione invernale ed estiva, per la produzione di acqua calda sanitaria e negli impianti solari termici
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