Focus invenzioni di successo

Sistemi di riscaldamento - capitolo 2

In questa seconda parte del focus sull’evoluzione dei sistemi di riscaldamento per camper mettiamo in evidenza le aree del Nord America e dell’Australasia; esaminiamo anche i prodotti crossover provenienti dell’industria automobilistica insieme al ruolo della tecnologia

Testo di Terry Owen

Nord America

La scena RV negli Stati Uniti e in Canada è sempre stata molto diversa da quella europea. Per cominciare, le caravan vengono chiamate “trailer da viaggio” e i camper “coach” o “truck camper”. Oltre a essere molto più grandi dei loro cugini europei, i veicoli ricreazionali americani vengono anche utilizzati in modo leggermente diverso. Agli americani piace avere acqua calda in quantità e la richiesta viene spesso soddisfatta da un riscaldatore senza serbatoio che offre acqua calda istantanea. Esistono troppi brand per menzionarli tutti, quindi qui esaminiamo alcuni dei nomi più popolari. Un marchio molto popolare è Aqua- Hot (parte del Gruppo Airxcel dal 2019) che produce un’ampia gamma di riscaldatori combinati, alimentati a diesel o propano, integrati con elementi elettrici. Tutti sono in grado di produrre acqua calda continua senza bisogno di un serbatoio di accumulo. Con potenze nominali da 5 - 19 kW, sono unità robuste con pesi a secco di 23 - 84 kg. (Figura 1). Un altro brand popolare è Atwood, diventato famoso, tra gli altri prodotti, per i suoi scaldabagno alimentati a propano da 6 e 10 galloni. Atwood è stata acquistata da Dometic nel 2014. Questi scaldabagno sopravvivono con il marchio Dometic. (Figura 2). Atwood è diventata famosa anche per i suoi riscaldatori ad aria calda. Negli Stati Uniti questi sono spesso conosciuti come “furnace”. Ne esistono due tipi fondamentali: quello a scarico diretto, che soffia l’aria direttamente dal frontalino dell’unità, e il tipo canalizzato, che distribuisce l’aria calda attraverso condotti nel soffitto o nel pavimento. I “furnace” Atwood sono oggi venduti con il marchio Dometic, con potenze fino a circa 12 kW. (Figura 3). Suburban ha iniziato a produrre sistemi di riscaldamento per camper negli Anni ‘60 nel suo headquarter a Dayton, Tennessee, diventando parte della famiglia Airxcel nel 1997. Oggi offre una vasta gamma di riscaldatori ambientali e scaldabagno alimentati a propano, insieme ad elettrodomestici per la cottura. I suoi scaldacqua includono capacità del serbatoio da 15 a 60 litri, mentre i modelli senza serbatoio forniscono fino a 17,6 kW di acqua calda continua. (Figura 4).

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Aqua-Hot 125 D

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Scaldabagno Dometic

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Dometic “furnace”

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Scaldabagno Suburban

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Riscaldatore Elwell Timberline

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ITR Oasis NE-S

Per i riscaldatori per ambienti, le capacità variano da 4,7 a 11,7 kW. Tra gli altri player c’è Elwell, con il suo sistema di riscaldamento Timberline. Destinato ai camper di classe B e C, il riscaldatore è alimentato a gasolio o benzina e utilizza glicole per trasferire il calore all’aria soffiata e allo scaldacqua. (Figura 5). Sulla scena anche ITR (International Thermal Research), con i suoi sistemi a diesel Oasis. Destinati ai motorhome più grandi, anche questi riscaldatori sono a base di glicole. La caldaia più piccola (Zephyr) pesa 22 kg a secco e produce circa 10 kW per la distribuzione ai ventilatori dello scambiatore di calore. Può anche fornire acqua calda continua a 3,8 litri al minuto. All’altra estremità della scala c’è il potente Oasis NE-S con 25 kW e oltre 11 litri di acqua calda al minuto. (Figura 6). In questo contesto Alde si è fatta strada con il suo sistema completamente idronico basato sulla caldaia Compact 3020. Con 5,5 kW di riscaldamento a propano e fino a 1,9 kW di potenza elettrica, le sue dimensioni ridotte e il peso a secco di 14 kg lo rendono una proposta molto interessante. Coloro che desiderano acqua calda continua possono scegliere l’opzione Flow, che aggiungendo solo 2,3 kg di peso fornisce 3,5 litri al minuto. (Figura 7). Per rispondere alla richiesta di scaldacqua istantanei, Truma ha lanciato l’AquaGo nel 2014. Garantisce una fornitura continua di acqua calda a temperatura costante dal suo bruciatore a propano da 17,6 kW. L’AquaGo è tecnicamente un dispositivo ibrido, in quanto possiede un piccolo serbatoio che aiuta l’erogazione istantanea e la stabilizzazione della temperatura. (Figura 8). Oltre ad essere adatto per nuove installazioni, AquaGo è progettato come sostituto degli scaldabagno standard da 6 galloni che hanno dominato il mercato statunitense per molti anni. Nuove installazioni possono essere realizzate con il modello Comfort Plus, che aggiunge una pompa di ricircolo al circuito dell’acqua calda. Ciò assicura che l’acqua calda sia disponibile ad ogni rubinetto, nel momento in cui lo apri, senza aspettare che venga pompata l’acqua dalla caldaia. L’AquaGo si accompagna a quattro versioni del riscaldatore Combi, grande successo di Truma, che può combinare il riscaldamento elettrico con il propano per fornire aria e acqua calda. È proposto come l’unico riscaldatore ad aria forzata disponibile con un’opzione di riscaldamento elettrico. (Figura 9).

Australasia

Per quanto riguarda i riscaldatori diesel, il mercato in Australia e Nuova Zelanda è dominato da Eberspächer e Webasto, considerati marchi premium. Eberspächer è commercializzato da Dometic. Vengono poi i brand cinese (Belief) e russo (Autoterm). I prodotti per il riscaldamento dell’aria Belief sono venduti in Australia da circa sei anni e si sono dimostrati affidabili, con potenze fino a 4 kW. (Figura 10). Il marchio Autoterm di fabbricazione russa of-

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Alde Flow fre una piccola gamma di riscaldatori ad aria diesel, con potenze fino a 4 kW. C’è anche un riscaldatore idronico diesel da 5 kW progettato per preriscaldare il motore o fornire aria calda tramite uno scambiatore di calore. (Figura 11). Chi è alla ricerca di stufe a GPL troverà pronta disponibilità nei modelli VarioHeat di Truma, che possono essere integrati con l’aggiunta di un booster elettrico se necessario. Per il riscaldamento dell’acqua, il marchio Suburban offre il suo riscaldatore on demand Nautilus; è inoltre disponibile l’intera gamma di prodotti Truma. Il gruppo Swift Appliance produce in Australia e offre uno scaldabagno a gas ed elettrico da 20/28 litri con serbatoio in acciaio inossidabile. (Figura 12). C’è anche il marchio Camec, di fabbricazione cinese, con un design che riprende alcuni modelli americani.

L’influenza automotive

Eberspächer, Webasto e altri

L’idea di riscaldatori per acqua e aria alimentati a benzina o diesel risale agli Anni ‘30 del XX secolo, con lo sviluppo di riscaldatori per autovetture indipendenti dal motore da parte di Webasto. Dopo la guerra la produzione aumentò con l’arrivo di aziende come Eberspächer. In questa fase lo scopo principale dei riscaldatori era quello di evitare avviamenti “a freddo” e fornire aria calda all’abitacolo. Tuttavia, si è subito capito che potevano essere utilizzati anche per alimentare o integrare i si-

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Truma Combi

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Riscaldatore ad aria diesel Belief

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Riscaldatore idronico diesel Autoterm

stemi di riscaldamento utilizzati nei camper e nelle barche. L’uso di un carburante facilmente disponibile di cui il veicolo aveva bisogno aveva comunque molto senso e preservava il prezioso GPL per attività come la cucina. Oggi c’è una vasta scelta di riscaldatori sia ad aria che idronici con una potenza più che sufficiente anche per il più grande dei motorhome. Questi riscaldatori hanno anche un altro vantaggio: l’eccellente rapporto peso/potenza. Un buon esempio è il Webasto Thermo Pro 90, un dispositivo idronico in grado di produrre 9 kW da un peso a secco di soli 4,9 kg. (Figura 13). Le unità di tipo combinato sono disponibili anche con riscaldamento dell’acqua incluso. Un esempio è Dual Top di Webasto, fornito con un boiler da 11 litri e montabile all’interno o all’esterno del veicolo. L’opzione elettrica aggiunge 2 kW in più di potenza per un totale di 8 kW. Pesa 24 kg. (Figura 14). Eberspächer risponde con i suoi riscaldatori ad aria soffiata Airtronic. (Figura 15), ma l’azienda offre anche il riscaldatore ad aria e acqua Combitronic. Questo è azionato da un riscaldatore idronico con un bollitore per l’acqua calda sanitaria e i ventilatori per l’aria calda. Ha una potenza di 5 kW e può essere utilizzato con benzina o gasolio. Anche Alde entra nella piattaforma automobilistica con uno scambiatore di calore del motore che entra nel sistema per riscaldare l’intero camper, non solo l’abitacolo. za della tecnologia sul design dei riscaldatori per RV è stata l’implementazione più recente, presa in prestito dal mondo dei computer. Una delle prime ad adottarla è stata Whale nel 2013 con il suo rivoluzionario sistema iVan, che utilizza un pannello di controllo simile a uno smartphone in combinazione con il Wi-Fi per controllare i sistemi di riscaldamento dell’acqua e degli ambienti. L’uso del Wi-Fi riduce notevolmente la quantità di cablaggio richiesto, mentre il pannello di controllo centrale semplifica il funzionamento e riduce il numero di componenti necessari. Tuttavia, nonostante i vantaggi del Wi-Fi, l’industria dell’RV ha deciso che la soluzione per una connettività solida come una roccia e con un cablaggio minimo risiede nei sistemi bus. Quindi, abbiamo visto lo sviluppo e l’adozione del CI-BUS, di cui molto è stato scritto in questo periodico e altrove. Un ulteriore importante sviluppo è stata la capacità di controllare il riscaldamento del veicolo da qualsiasi luogo utilizzando uno smartphone. Uno dei primi player a crederci è stata Truma, con il suo sistema iNet lanciato nel 2016, che ha vinto l’European Innovation Award del settore per quell’anno. La bellezza del sistema iNet è che utilizza semplici messaggi di testo: ciò significa che funziona ovunque ci sia un segnale telefonico 2G; quindi i 3G, 4G e 5G semplicemente non sono necessari.

Il ruolo della tecnologia

I progressi nella progettazione dei riscaldatori sono dovuti a due fattori principali. Il primo è l’esperienza: ogni “generazione” impara dalla precedente. Il secondo sono i progressi tecnologici, che consentono sviluppi impossibili in precedenza. Una prima grande influenza della tecnologia sul design è riscontrabile nei progressi dei circuiti, che hanno consentito l’accensione elettronica, insieme a un migliore controllo e monitoraggio, eliminando la necessità di una luce pilota o di un’accensione a pulsante piezoelettrico, poco affidabile. Inoltre, il rilevamento elettronico della fiamma potrebbe interrompere rapidamente l’alimentazione del gas in caso di assenza della fiamma stessa. In breve, il controllo elettronico ha portato con sé maggiore sicurezza, affidabilità e comodità per l’utente finale. Un altro esempio è il continuo sviluppo di materie plastiche ad alte prestazioni. Anni fa, il metallo era il materiale preferito per gli involucri dei riscaldatori grazie alla sua capacità di resistere al calore. Tuttavia la plastica, man mano che migliorava, iniziò lentamente a sostituire il metallo. Ciò non solo ha offerto la possibilità di un’importante riduzione di peso, ma anche di produrre modanature monopezzo e altre forme che non erano così facili da ottenere con il metallo. Un primo esempio è la serie di riscaldatori “E” di Truma. Questo riscaldatore è stato lanciato con un involucro in metallo nel 1975 (Figura 16), ma il successore più piccolo e leggero di oggi, il VarioHeat, utilizza la plastica. (Figura 17). Sebbene i miglioramenti nella progettazione degli scambiatori di calore abbiano avuto un ruolo in questo sviluppo, anche i progressi nella tecnologia della plastica sono stati fondamentali. Probabilmente la più grande influen-

Scaldabagno del gruppo Swift Appliance

La camera climatica

Le camere climatiche esistono da anni, ma la loro comparsa nel nostro settore è stata guidata dai nuovi sistemi di classificazione dell’isola-

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Combi Dual Top di Webasto

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Riscaldatore Truma E, 1975 17 Truma VarioHeat, modello attuale

mento per caravan e camper (EN 1645/6) introdotti dai model year 1999. Per l’uso invernale, le caravan sono ora classificate in base alla capacità di mantenere una temperatura interna di 20°C con una temperatura esterna di 0°C o -15°C (- 5°C per i camper). Il requisito meno rigoroso per i camper è dovuto al fatto che il riscaldamento di una cabina di guida, con i suoi finestrini a vetro singolo, può essere difficile. Le valutazioni riflettono quindi non solo il livello di isolamento, ma anche le prestazioni del sistema di riscaldamento. Inoltre, con l’aiuto delle termocamere, è possibile identificare rapidamente eventuali punti deboli dell’isolamento. (Figura 18 e 19).

Uno sguardo al futuro

Si prevede che i veicoli ricreazionali del futuro diventeranno più piccoli e leggeri e saranno sempre più alimentati dalla sola elettricità. Il camper completamente elettrico è già una realtà e, insieme ai veicoli a propulsione ibrida, sembra destinato a dominare negli anni a venire. Il GPL come combustibile per riscaldamento diminuirà lentamente a causa delle emissioni di CO2. Sarà in gran parte sostituito dall’elettricità, anche se alcune apparecchiature sugli RV potrebbero passare dal GPL al diesel ove questo venga utilizzato come carburante per il motore. Una scuola di pensiero suggerisce che il GPL potrebbe essere sostituito dal bioetanolo, che è carbon neutral e più facile da trasportare e immagazzinare. Questi cambiamenti pongono sfide significative per le aziende che si occupano di riscaldamento degli RV. I giorni delle unità combi, pesanti e ingombranti, potrebbero essere contati: per tutti, tranne che per i veicoli di maggiori dimensioni. Potremmo invece vedere sistemi decentralizzati, basati su singoli componenti, connessi tra loro ma fisicamente separati, nascosti ovunque ci sia spazio disponibile. Questo approccio significa che tali componenti possono essere dimensionati “individualmente”, in base alle esigenze del veicolo, risparmiando potenzialmente peso. (Figura 20). Tali sistemi si prestano al funzionamento idronico, in cui un fluido può trasportare in modo efficiente il calore (o il raffreddamento) all’interno di un veicolo. Quindi sia Eberspächer che Webasto potrebbero essere un po’ avvantaggiati in questo senso: hanno già riscaldatori elettrici leggeri progettati per il riscaldamento diretto dei fluidi per veicoli ibridi plug-in o esclusivamente elettrici. Questi riscaldatori convertono l’elettricità in calore senza dispersioni. Il prodotto Eberspächer si basa sulla tecnologia del coefficiente di temperatura positivo (PTC) per prevenire il surriscaldamento: la resistenza dell’elemento riscaldante aumenta con la temperatura, regolando così la potenza assorbita. (Figura 21). Webasto, che usa una tecnologia diversa, sostiene che il layer riscaldante del suo dispositivo è “regolabile in modo rapido e preciso” e che “evita di interferire con picchi di potenza a breve termine e si converte direttamente in calore”, affermando che questo è un chiaro vantaggio rispetto ai riscaldatori PTC. (Figura 22). Resta il fatto che entrambi i riscaldatori sono altamente efficienti nel convertire l’elettricità in calore utilizzabile e lo fanno in un dispositivo compatto e leggero, che potrebbe essere l’ideale per l’utilizzo nei camper del futuro.

Riscaldamento a infrarossi

Il riscaldamento a infrarossi funziona utilizzando l’irraggiamento per trasmettere il calore: è quello che ci accade quando andiamo sotto il sole. La radiazione coinvolta non è del tipo ionizzante, dannoso, ma si trova appena al di sotto di quella della luce rossa, da cui il nome “infrarosso”. I riscaldatori a infrarossi sono in circolazione da molto tempo: sono saliti per la prima volta alla ribalta per l’essiccazione industriale delle vernici durante la seconda guerra mondiale. Oltre ad essere una forma naturale di calore, il riscaldamento a infrarossi può essere molto efficiente, e questo avviene perché riscalda solo gli oggetti sul suo percorso e non l’aria che incontra nel percorso

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Sopra: la camera climatica di Truma a Putzbrunn, in Germania

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Sotto: una tipica immagine termica di un camper, che mostra le dispersioni di calore

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Sopra: i sistemi decentralizzati, come questo esempio di Eberspächer, potrebbero diventare più comuni in futuro

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Riscaldatore idronico Eberspächer

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Riscaldatore idronico Webasto Dethleffs e.home

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stesso. Questi oggetti possono poi re-irradiare il calore ad altri che potrebbero non trovarsi direttamente nel percorso del riscaldatore. Il risultato di tutta questa efficienza è che le soluzioni di riscaldamento a infrarossi spesso utilizzano meno energia di altre. I riscaldatori a infrarossi possono essere progettati in un’ampia varietà di forme, inclusi pannelli molto sottili e leggeri, il che li rende ideali per i veicoli ricreazionali completamente elettrici - fatto, questo, comprovato dalla Dethleffs nel suo concept completamente elettrico, l’e. home, esposto per la prima volta a Düsseldorf nel 2017: utilizzava pannelli riscaldanti a infrarossi integrati nel pavimento, nelle pareti e negli arredi. (Figura 23).

Cambiamento di fase e calore

Dethleffs e.home sfruttava anche una tecnologia denominata cambiamento di fase, che consente ai materiali di assorbire e immagazzinare calore al di sopra di una certa temperatura e di rilasciarlo quando la temperatura scende. I materiali a cambiamento di fase hanno il vantaggio di una capacità di immagazzinamento della densità di energia molto più elevata rispetto agli altri (che non cambiano fase). Inoltre, il calore accumulato viene rilasciato a una temperatura quasi costante. È una tecnologia che trova diverse appliucazioni, per esempio viene utilizzata negli scaldamani portatili: un liquido viene cristallizzato e, così facendo, il calore viene rilasciato in modo costante. Il processo viene invertito riscaldando i cristalli fino a quando non diventano nuovamente liquidi. (Figura 24).

Tecnologia della pompa di calore

Negli RV la tecnologia della pompa di calore è già utilizzata in quelle unità di condizionamento dell’aria reversibili che possono estrarre calore dall’aria esterna e pomparlo nell’abitacolo. Dometic, Truma e altri producono modelli da incasso e da tetto che possono produrre da 1,7 a 3,0 kW in modalità pompa di calore. (Figura 25). Il vantaggio delle pompe di calore è la loro assoluta efficienza. Per ogni kW di energia elettrica utilizzata vengono prodotti circa 3 kW. Dato che i camper completamente elettrici stanno per diventare realtà, questa tecnologia dovrebbe essere un ottimo modo per riscaldarli. Ma le pompe di calore non funzionano quando la temperatura ambiente scende sotto lo zero, quindi potrebbe essere necessaria una forma di riscaldamento supplementare. Un altro problema è il peso, poiché compressori e motori di azionamento sono inevitabilmente oggetti pesanti. Tuttavia, la tecnologia dei compressori sta migliorando e, nei prossimi anni, potremmo vedere sistemi per il riscaldamento dell’acqua calda e la climatizzazione basati sulla tecnologia delle pompe di calore.

La rivoluzione dell’idrogeno

(Figura 26). I veicoli alimentati solo da batterie vanno bene, ma le batterie tendono ad essere costose, pesanti e ingombranti. E quelle al litio consumano una risorsa minerale preziosa: il cobalto. I progressi tecnologici aiuteranno senza dubbio a superare alcuni di questi problemi, ma c’è chi pensa che il futuro a lungo termine risieda nell’energia a idrogeno. Un veicolo dotato di una cella a combustibile e serbatoi di idrogeno può produrre la propria elettricità, quindi ha bisogno di una batteria molto piccola. Se la tecnologia dell’idrogeno prendesse piede, aumenterebbe la prospettiva di riscaldare lo spazio e l’acqua attraverso una buona fornitura di elettricità indipendente o anche dalla combustione diretta dell’idrogeno. L’idrogeno potrebbe anche sostituire il GPL per cucinare, ma passare dal GPL all’idrogeno non è facile. I bruciatori a idrogeno richiedono molti ugelli piccoli, per evitare il ritorno di fiamma. Un altro fattore è che l’idrogeno ha una velocità di fiamma significativamente più elevata rispetto al GPL e un intervallo di infiammabilità maggiore. I tradizionali dispositivi di spegnimento, che si basano sulla ionizzazione all’interno della fiamma del gas, non funzionano con l’idrogeno. Ma esistono progetti per parchi eolici e solari per produrre idrogeno attraverso l’elettrolisi dell’acqua, e questo idrogeno “verde” potrebbe essere la chiave per alimentare gli RV del futuro.

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Questa unità di climatizzazione Dometic Freshwell può fornire 3 kW di calore se utilizzata in modalità reverse

PANNELLI SANDWICHper passione

Nata dalla fusione di due aziende già da tempo presenti nel mercato dei pannelli sandwich per il settore RV, Palomar produce attualmente pannelli di vario genere per pareti, tetti e pavimenti di camper, caravan e case mobili. Diversi tipi di materiali vengono utilizzati per formare il sandwich, in base alla richiesta del cliente. Palomar è attualmente distribuita su diversi stabilimenti, a breve distanza l’uno dall’altro, per un totale di 11.000 mq di area operativa. Negli ultimi anni sono stati fatti importanti investimenti per la crescita dell’azienda, l’ampliamento della gamma prodotti e l’aumento della capacità produttiva. I nuovi macchinari ci permettono di beneficiare della tecnologia più all’avanguardia, i nuovi spazi di snellire il processo di movimentazione dei materiali e dei prodotti finiti. Oggi Palomar produce anche pavimenti riscaldati per veicoli ricreazionali.