L'aria non è un contaminante che occasionalmente penetra in un impianto idrico. Viene invece prodotta costantemente al suo interno. Ogni litro di acqua di rete che entra in un circuito idronico vi arriva saturo di gas disciolti — tipicamente 8–10 mg/L di ossigeno disciolto a 10 °C — e, riscaldandosi, l'acqua perde progressivamente la capacità di trattenere tali gas. I gas devono pur andare da qualche parte; se però non è stato progettato alcun percorso per il loro smaltimento, finiscono esattamente dove provocano i danni maggiori: sulla pompa, nello scambiatore di calore e nella parte superiore delle colonne verticali, dove la circolazione semplicemente si arresta.
Contano tre meccanismi. Primo, il riscaldamento libera gas, poiché la solubilità diminuisce con la temperatura: anche in un sistema sigillato si libera aria, pur non essendo introdotta nuova acqua. Secondo, la caduta di pressione libera gas: l’aria esce di soluzione ovunque la pressione sia minore. Terzo, ogni nuovo riempimento e ogni ricarica automatica aggiungono acqua appena ossigenata; ecco perché lasciare aperta in modo permanente una valvola di riempimento automatico è uno degli errori più costosi in un locale tecnico.
La conseguenza di questo continuo apporto di ossigeno è la corrosione. Nell’acciaio dei radiatori e dei circuiti idraulici della caldaia, l’ossigeno disciolto provoca una corrosione localizzata (pitting), generando ossido ferroso nero — magnetite — che si deposita sotto forma di fanghiglia. Questa fanghiglia ostruisce i passaggi stretti, isola le superfici di scambio termico e intasa proprio le valvole di sfiato progettate per risolvere il problema: così il sistema sviluppa un guasto autoalimentato.
Gli effetti sono facili da riconoscere una volta noto il modello. Le sacche d'aria nei punti più alti creano blocchi d'aria e la circolazione in quel ramo cessa semplicemente: i radiatori freddi nella parte superiore e caldi nella parte inferiore ne sono la firma classica. L'aria che raggiunge una pompa causa la cavitazione, erodendo le giranti e producendo un rumore simile a ghiaia, spesso diagnosticato erroneamente come guasto dei cuscinetti. Le microbolle che aderiscono alle superfici degli scambiatori di calore riducono il trasferimento termico e costringono la caldaia a funzionare a temperatura più elevata per ottenere lo stesso rendimento. L'aria altera inoltre le condizioni di flusso su cui si basano le valvole di bilanciamento e i controlli termostatici, quindi il sistema perde sia precisione sia capacità.
Negli impianti di acqua calda sanitaria i blocchi d'aria causano gli stessi inconvenienti: una doccia alimentata da pompa che funziona, pulsa, quindi si interrompe; un ritorno secondario che non raggiunge mai la temperatura desiderata; un rubinetto che sputa. Il meccanismo è solitamente un punto alto non ventilato che intrappola l'aria portata dalla pompa o da un riempimento.
La gestione dell'aria non consiste nel montare un numero maggiore di prese d'aria automatiche; riguarda invece l'adattamento del dispositivo al flusso d'aria.
Le prese d'aria manuali vanno installate in ogni vero punto più alto e nella parte superiore dei tratti verticali ascendenti; sono economiche, affidabili e impossibili da interpretare erroneamente. Le valvole automatiche di sfiato d'aria — quelle in ottone a galleggiante — funzionano bene nei punti più alti locali e sulle unità terminali, ma sono sensibili ai fanghi: un galleggiante intasato o perde continuamente oppure si blocca in posizione chiusa, e una valvola automatica che perde su un impianto stagnato provoca un rabbocco lento e invisibile che introduce continuamente ossigeno. Dove la qualità dell'acqua è scadente, proteggerle con un filtro posto a monte oppure optare per lo sfiato manuale.
I separatori d'aria e i coalescitori di microbolle sono componenti ad alto valore in un sistema idronico, e la regola di progettazione è specifica: installarli dove l'acqua è più calda e la pressione più bassa, poiché è in quel punto che i gas disciolti abbandonano la soluzione con maggiore facilità. Nella maggior parte dei sistemi ciò avviene al collegamento di mandata della caldaia o della pompa di calore, prima della pompa. Il vaso di espansione deve essere collegato nello stesso punto, utilizzando una raccordo progettato per impedire che il vaso diventi una trappola per l'aria.
Sul lato distribuzione, i dispositivi analoghi sono specificati secondo le proprie norme: valvole di sfiato per l’alimentazione idrica secondo EN 1074-4 e AWWA C512, mentre le valvole di ammissione d’aria per lo scarico sono un prodotto diverso (EN 12380) e non devono mai essere sostituite con una valvola di sfiato dell’aria sotto pressione.
Gli standard per la messa in servizio esistono proprio perché la rimozione dell’aria è un processo, non un’azione singola: BS EN 12828 per la progettazione di impianti di riscaldamento a circolazione d’acqua, EN 14336 per installazione e messa in servizio, BS 7593 per pulizia, spurgo e trattamento dell’acqua, e la Guida B e il Codice di messa in servizio W del CIBSE per la prassi nel Regno Unito, mentre il Manuale ASHRAE tratta a livello internazionale la gestione dell’aria nei circuiti idronici.
Riempire lentamente l’impianto dal punto più basso, effettuando lo sfiato in corrispondenza di ogni punto alto man mano che il livello dell’acqua sale. Avviare la pompa, quindi procedere nuovamente allo sfiato: l’aria aderente alle superfici sarà stata così messa in movimento. Ripetere l’operazione fino a quando gli sfiati restano asciutti. Registrare la pressione dell’impianto a freddo e alla temperatura di esercizio; l’aumento di pressione deve corrispondere al volume del vaso di espansione e alla sua precompressione; se così non fosse, sospettare un guasto del vaso o la presenza di aria intrappolata, piuttosto che un malfunzionamento del manometro.
Utilizzare un termometro differenziale attraverso la pompa: un aumento della differenza di temperatura, con tutti gli altri parametri invariati, indica una diminuzione della portata; l’aria è una causa comune. Controllare le temperature di mandata e di ritorno di ogni emettitore per individuare i rami non in circolazione, e ascoltare in corrispondenza dei punti più alti e della pompa alla ricerca di rumori gorgoglianti o simili a ghiaia. Infine, ispezionare ogni valvola di sfiato automatica per verificare perdite, accertarsi che il circuito di riempimento sia isolato e registrare lo stato del filtro antipolvere come riferimento iniziale.
L’aria non è un incidente, ma un parametro da considerare nella progettazione. Separarla nel punto più caldo e a pressione più bassa del circuito, sfiatare tutti i punti più alti, mantenere il sistema ermetico dopo il riempimento, proteggere le valvole a galleggiante da depositi di fango e rimuovere i prodotti della corrosione che alimentano il problema. Trascurarla comporta che ogni guasto nell’edificio risalga sempre agli stessi pochi centimetri cubi di gas.
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