Cos'è il puffer

Il puffer, in termine tecnico "accumulatore o serbatoio di accumulo termico", è una vasca isolata riempita d'acqua il cui compito è di conservare temporaneamente l'energia termica prodotta da una fonte di calore e rilasciarla secondo le effettive necessità dell'edificio. L'acqua contenuta in esso è detta "acqua tecnica", ovvero non direttamente erogabile dai rubinetti perché di norma trattata con additivi filmanti anticorrosione.
Il puffer lavora a ciclo chiuso, per il riscaldamento può essere utilizzata direttamente l'acqua contenuta al suo interno, ma per l'utilizzo sanitario, il prelievo di calore viene effettuato con scambiatori che possono essere interni al serbatoio stesso (serpentine) o esterni (scambiatori a piastre).

Nell'installazione BioGS-1.0 il puffer è il volano termico tra la microcogenerazione ed il sistema di riscaldamento dell'edificio o la produzione di acqua calda sanitaria, il cui fabbisogno varia durante la giornata.
Il principio è semplice: l'acqua nel puffer si riscalda grazie al calore proveniente dal sistema energetico (microcogeneratore o alte caldaie), l'energia termica accumulata è poi a disposizione ogni volta che serve, anche quando la microcogenerazione (o la caldaia) non è in funzione.
Il puffer agisce quindi come una batteria termica: l'energia non va persa, ma semplicemente stoccata in attesa di essere utilizzata.

Perché il puffer è indispensabile nella microcogenerazione

I sistemi di microcogenerazione, come BioGS-1.0, raggiungono il massimo dell'efficienza e della durata quando lavorano il più possibile in modo stabile, idealmente in un punto di funzionamento costante per periodi prolungati. La domanda di calore di un edificio è invece variabile: cambia in base all'ora del giorno, alle condizioni meteo, all'occupazione degli spazi e ai consumi di acqua calda. Senza accumulatore, l'unità dovrebbe continuamente variare la sua potenza oppure accendersi e spegnersi continuamente, il che riduce l'efficienza della combustione e accorcia la vita utile dei componenti critici.

Il puffer risolve questa contraddizione separando la produzione dal consumo di calore. La microcogenerazione può funzionare in modo stabile nel suo punto di lavoro ottimale, mentre il puffer assorbe i cali e i picchi della domanda. Ne consegue una maggiore efficienza complessiva del sistema, un numero ridotto di accensioni e spegnimenti del generatore ed un funzionamento più fluido e silenzioso.

Un secondo vantaggio importante è il cosiddetto "sovradimensionamento intelligente del generatore": una riserva sufficiente di acqua calda nel puffer permette al sistema di coprire i picchi brevi di consumo senza dover aumentare la potenza termica nominale dell'unità, evitando così costi di investimento più alti ed un basso fattore di utilizzo annuale dell'impianto.

Stratificazione termica e cicli di carica-scarica

Dentro al puffer avviene il fenomeno della stratificazione termica: l'acqua più calda ha minore densità e quindi risale verso il tetto del serbatoio, mentre l'acqua più fredda e più densa scende verso il fondo. In questo modo si forma un gradiente di temperatura verticale: lo strato più caldo si trova in alto (da dove si preleva l'acqua per il circuito di riscaldamento e per l'acqua calda sanitaria) e lo strato più freddo si trova in basso (dove l'acqua viene prelevata dal microcogeneratore per essere riscaldata nuovamente).

Una stratificazione corretta amplifica notevolmente la capacità utilizzabile della vasca, perché permette di prelevare acqua ad alta temperatura anche quando il volume totale della vasca non è ancora completamente carico. Al contrario, la miscelazione indesiderata dei strati, che può avvenire a causa di un collegamento idraulico inadeguato o di velocità di flusso troppo elevate agli ingressi, compromette la stratificazione e riduce sensibilmente l'efficienza dell'accumulo.

Il ciclo di carica e scarica della vasca puffer si ripete più volte nel corso della giornata: nei periodi di basso consumo il puffer si ricarica del calore prodotto dalla microcogenerazione, nei periodi di picco di domanda (ad esempio mattina e sera) l'energia accumulata viene prelevata più velocemente di quanto l'unità riesca a produrla.

Dimensionamento e capacità: quanti litri servono

Il volume dell'accumulatore si sceglie in base alla potenza termica della microcogenerazione, al profilo di consumo atteso dell'edificio e al tempo di autonomia desiderato. Come guida generale, nelle applicazioni di microcogeneratori come il BioGS-1.0, il volume consigliato si colloca abitualmente nell'ordine di centinaia di litri per kilowatt di potenza termica installata, ma il valore specifico va sempre dimensionato caso per caso in fase progettuale, tenendo conto del tipo di edificio, dell'isolamento, del numero di occupanti e dell'eventuale presenza di altre fonti di calore.

Un puffer sottodimensionato non riesce a coprire i picchi di consumo e costringe la microcogenerazione a frequenti cicli di accensione-spegnimento, vanificando i vantaggi dell'accumulo. Un puffer sovraidimensionato allunga i tempi di raggiungimento della temperatura di esercizio e aumenta le perdite termiche dalla superficie del serbatoio, sebbene queste dispersioni siano minime nei moderni accumulatori ben isolati.

  • Abitazioni unifamiliari: il volume tipico del puffer è di 800/1000 litri.
  • Aziende agricole e piccoli edifici commerciali: la capacità si calibra in base alle necessità termiche contemporanee per riscaldamento e processi produttivi.
  • Edifici con consumi molto variabili (es. agriturismi, strutture ricettive): maggiore capacità assicura comfort termico superiore durante i picchi.

Integrazione nel sistema BioGS-1.0

Nell'installazione del BioGS-1.0 il puffer è collegato idraulicamente al microcogenerazione con due condotti (mandata e ritorno), la pompa di circolazione è già a bordo macchina e l'elettronica di controllo ne monitora e modula continuamente temperatura e portata.
Una sonda di temperatura viene, inoltre, posizionata ad un'altezza intermedia dell'accumulo.

La temperatura massima ottenibile nel punto più alto del puffer col BioGS è di circa 65°C, in tale condizione il punto più basso si troverà ad una temperatura di 55°C.

Grazie al puffer è possibile sfruttare a fondo le capacità del sistema BioGS in quanto a:

  • massimizzazione della resa elettrica, prelevando acqua dalla zona a temperatura inferiore è possibile ottimizzare il rendimento elettrico del microcogeneratore grazie ad una maggiore differenza di temperatura sul motore Stirling;
  • integrazione con altri generatori di calore, più sorgenti possono immettere calore nel medesimo accumulo ed il BioGS è in grado di gestirle dando priorità a quelle più convenienti;
  • bilanciamento della produzione termica, in caso di eccesso di energia elettrica e deficit di calore BioGS può automaticamente accendere una resistenza elettrica all'interno del puffer per aumentare la produzione di acqua calda.

Il puffer come leva dell'efficienza complessiva

Sebbene l'accumulatore termico non produca energia direttamente, la sua presenza influenza direttamente l'efficienza globale, l'affidabilità e l'economicità dell'installazione BioGS-1.0. Consente alla microcogenerazione di operare in un regime stabile ed efficiente, riduce i cicli di avviamento, prolunga la vita dei componenti critici e migliora il comfort dell'utente assicurando disponibilità di calore anche nei momenti di massimo consumo.

In questa prospettiva il puffer non è un elemento accessorio dell'impianto, bensì parte integrante della progettazione che determina se il sistema sfrutta pienamente il potenziale della microcogenerazione su biomassa. Un corretto dimensionamento e collegamento idraulico della vasca dovrebbe sempre far parte di un progetto professionale dell'installazione, non essere affrontato come dettaglio secondario.