Riscaldamento raffrescamento a pannelli radianti

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I sistemi di riscaldamento e raffrescamento radiante, a elevata resa e bassi consumi di gestione, sono la scelta ideale per aumentare l’efficienza energetica del sistema edificio e quindi salire nella valutazione della classe energetica.

Mentre i tradizionali radiatori e/o ventilconvettori necessitano di periodiche operazioni di pulitura e verniciatura, negli impianti a pannelli radianti gli interventi di manutenzione sono praticamente inesistenti; il merito va attribuito principalmente alla tubazione utilizzata per gli anelli, poiché si tratta di materiale plastico, non soggetto a rotture derivate da fenomeni di corrosione.

Per ottimizzare ulteriormente i consumi dell’impianto e ridurre le emissioni di Co2 è ideale utilizzare fonti di energia alternative come il solare termico o fotovoltaico, oppure la geotermia. Con le pompe di calore, gli impianti geotermici sfruttano l’energia data dal terreno per soddisfare sia il fabbisogno termico (in riscaldamento) che quello frigorifero (raffrescamento).

Le prestazioni degli impianti radianti

I fattori più importanti che influenzano la capacità di riscaldamento e di raffrescamento di un sistema radiante sono:

  • Le prestazioni dello strato di isolamento
  • Le temperature massime e minime ammissibili
  • I meccanismi di scambio tra l’acqua nel tubo e la superficie della stanza
  • I coefficienti di scambio termico tra superficie radiante e ambiente

Le prestazioni dello strato di isolamento

Le prestazioni del sistema radiante dipendono in modo particolare dallo strato di isolamento termico utilizzato per limitare le dispersioni di calore tra i tubi e l’ambiente retrostante. La norma UNI EN 1264-4 prevede dei valori limite di resistenza termica nel caso di sistemi che funzionano sia per il riscaldamento che per il raffrescamento, mentre li consiglia per i sistemi dedicati al solo raffrescamento.

La resistenza termica, indicata con la lettera R, è una grandezza che dipende dal materiale (dalla conduttività termica), dallo spessore, dalla temperatura e dall’umidità. Il progettista può utilizzare i valori di resistenza termica  che si ottiene dai dati conduttività termica dichiarata( λd ) dal produttore (che si riferisce a precisi  valori di temperatura e umidità Standard), oppure può correggere il valore sulla base delle reali condizioni di utilizzo  definendo una conduttività termica di progetto(λp) (secondo la norma UNI EN 10456).

I valori limite di resistenza termica dipendono dalla temperatura del locale adiacente o sottostante come riportato nella seguente tabella:

Ambiente adiacente o sottostante

Resistenza isolante [m2K/W]

Riscaldato

0.75

Non riscaldato

1.25

Riscaldato in modo non continuati

1.25

Direttamente sul suolo

1.25

Temperatura esterna di progetto ϑe > 0°C

1.25

Temperatura esterna di progetto -5°C <ϑe < 0°C

1.50

Temperatura esterna di progetto -15°C <ϑe < -5°C

2.00

Temperature massime e minime ammissibili

Le temperature massime e minime ammissibili per le superfici interne degli ambienti derivano da considerazioni di comfort o di condensa superficiale.  La normativa UNI EN 1264, basandosi sui risultati della  norma UNI EN ISO 7730 per il comfort ambientale, suggerisce delle temperature massime per il pavimento, parete e soffitto in modalità di riscaldamento.

Per quanto riguarda il pavimento radiante in modalità di riscaldamento, la norma UNI EN 1264 prevede una temperatura massima per la zona occupata di 29°C, mentre per le zone perimetrali la massima temperatura ammissibile è di 35°C (con temperatura dell’aria è di 20°C). Per il bagno la temperatura massima superficiale non deve essere maggiore di 9°C rispetto alla temperatura dell’ambiente (di circa 24°C).
Per quanto riguarda le pareti in riscaldamento, la massima temperatura superficiale è 40°C, cui corrisponde una differenza di temperatura tra parete e ambiente di 20°C.

Per quanto riguarda il soffitto in riscaldamento, la norma UNI EN 1264 consiglia di non superare la temperatura di sicurezza 29°C sulla superficie  per evitare problemi di asimmetria radiante . Il valore si riferisce ad una stanza di geometria comune; pertanto non è escluso che utilizzando stanze di diverse geometrie diverse temperature maggiori di 29°C. Occorre precisare che le temperature massime dell’acqua devono tenere conto del materiale in cui le tubazioni sono inserite; per esempio per una lastra in cartongesso si consiglia di non superare i 50°C dell’acqua (UNI EN 1264-4).

In raffrescamento occorre considerare che se una superficie è più fredda della temperatura di rugiada dell’ambiente si può formare uno strato di condensa sulla superficie stessa. Tale fenomeno è da evitare perché potrebbe rovinare le strutture, causare incidenti (si pensi ad un pavimento scivoloso)  e rendere insalubre l’aria per la formazione di muffe. Pertanto si consiglia di mantenere sempre la superficie ad una temperatura superiore alla temperatura di rugiada.

Inoltre, per quanto riguarda il pavimento, la temperatura minima dovrebbe essere 19°C per non provocare discomfort alle persone, sia che siano sedute o che siano in piedi.

I meccanismi di scambio tra l’acqua nel tubo e la superficie della stanza

I sistemi radianti idronici sono sistemi che funzionano con una bassa differenza di temperatura tra l’acqua e l’ambiente, per questo vengono comunemente definiti come sistemi a bassa differenza di temperatura. La potenza termica fornita dall’acqua in fase di riscaldamento è in grado di essere ceduta all’ambiente grazie ad un meccanismo di scambio termico tra l’acqua calda e la superficie interna della superficie radiante, come per esempio il pavimento. Lo principio avviene in raffrescamento ma in tal caso la potenza termica viene asportata dall’acqua fredda circolante nei tubi.

Dal momento che la zona della superficie in corrispondenza del tubo la temperatura risente maggiormente della temperatura dell’acqua, è intuitivo che quanto più sono vicini i tubi (e quindi minore è il passo), tanto maggiore è l’efficienza dello scambio termico.

Affinchè la potenza termica possa essere trasmessa facilmente all’ambiente, è fondamentale che il tubo sia a contatto in modo ottimale con lo strato conduttivo in cui è inserito, ovvero limitando il contatto con eventuali materiali isolanti o, nel caso di sistemi a secco, limitando le intercapedini d’aria. Nel caso del pavimento lo strato conduttivo deve svolgere anche la funzione di supporto dei carichi che interesseranno il pavimento, pertanto si utilizza un massetto tradizionale o autolivellante o una lastra in gesso fibra di opportune caratteristiche.

E’ possibile in certi casi inserire una lamina di materiale altamente conduttivo, come l’alluminio, nella zona di separazione tra il materiale sopra i tubi (come può essere il massetto) e lo strato isolante sottostante; questo in genere avviene se il tubo è posto sotto lo strato di supporto.

Un altro importante parametro per determinare l’efficienza del sistema radiante è il materiale di rivestimento. Infatti se si sceglie di utilizzare un rivestimento in legno, che è un materiale isolante,  piuttosto che utilizzare  materiali conduttivi come la ceramica, si dovranno adottare temperature di mandata dell’acqua più alte per  garantire lo stesso comfort in ambiente e allo stesso tempo si dovrà fornire una maggiore potenza dell’acqua. In modo analogo in estate un pavimento in legno richiederebbe temperature di mandata inferiori.

Infine la conduttività del tubo è un parametro da non sottovalutare. Sempre più spesso sono utilizzati tubi in materiale plastico nel campo del radiante, in quanto garantiscono una grande affidabilità a lungo termine, hanno un costo contenuto, non sono soggetti a corrosione e permettono una grande versatilità in fase di installazione. Rispetto ai tubi in rame o acciaio, tradizionalmente utilizzati nel campo del riscaldamento civile, sono caratterizzati da un coefficiente di conduttività termica più bassa, attorno a 0.3 ÷0.4 W/(m K) per i tubi in polietilene.

I meccanismi di scambio tra l’acqua nel tubo e la superficie della stanza

Coefficienti di scambio

All’interno della stanza lo scambio termico complessivo è dato dalla combinazione dello scambio termico convettivo e da uno scambio termico per irraggiamento che interessa tutte le superfici ed eventualmente le persone all’interno.

Lo scambio convettivo interessa l’aria presente in un ambiente e può essere determinato da una differenza tra la temperatura di una superficie con l’aria. All’interno di una stanza dotata di una superficie radiante attiva, il meccanismo di scambio convettivo principale è quello in corrispondenza di tale superficie, seppure altri fenomeni di convezione possano esistere in corrispondenza di una finestra fredda o sopra le persone o un computer solitamente ad una temperatura maggiore dell’aria. Se nella stanza fosse presente una bocchetta di immissione dell’aria primaria (perché prevista ventilazione naturale), i coefficienti di scambio convettivo potrebbero essere localmente elevati se la velocità di immissione dell’aria è maggiore.Tuttavia, quando si considerano le prestazioni di un sistema radiante per il riscaldamento o il raffrescamento, si considera solamente lo scambio convettivo tra la superficie  con temperatura media θsm e una temperatura di riferimento dell’ambiente.

Superficie

Pavimento

caldo

Pavimento freddo

Soffitto caldo

Soffitto freddo

Parete

hc [W/(m2K)]

5.3

1.0

1.0

5.3

2.5

Lo scambio termico per irraggiamento interessa tutte le superfici della stanza ed è determinato dalla radiazione termica emessa da una superficie. L’entità di tale flusso termico è influenzata da diversi fattori, prima di tutto  l’emissività delle superfici (una proprietà del materiale), la temperatura e l’area delle superfici ed infine il fattore di vista tra due superfici.  Il fattore di vista è un fattore puramente geometrico e dipende dalla sola posizione reciproca di due superfici. Quando si considerano le prestazioni di un sistema radiante per il riscaldamento o il raffrescamento si considera solamente lo scambio termico tra la superficie attiva e la temperatura media delle altre superfici, trascurando la presenza di altri corpi (come persone) all’interno.

Sommando i contributi  di scambio per irraggiamento e per convezione si ottiene un unico coefficiente, chiamato coefficiente liminare  di scambio  (hl) . Secondo la UNI EN 1264-5 esso vale:

Superficie

Pavimento

caldo

Pavimento freddo

Soffitto caldo

Soffitto freddo

Parete

hl [W/(m2K)]

10.8

6.5

6.5

10.8

8

Fonte: Eurotherm

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