Riscaldamento a pavimento - come funziona

Viene preoccupando la domanda riscaldamento a pavimento - come funziona? In tal caso siete nel posto giusto!

L'approvvigionamento di calore a basse temperature in combinazione con fonti rinnovabili di energia può essere utilizzato per fornire calore a tutti gli ambienti in cui si utilizza il riscaldamento a idrotermia con sistemi di riscaldamento radianti. Le applicazioni di questi sistemi ad energia bassa sono particolarmente adatti a:

• case familiari e case di appartamenti,

• spazi speciali nell'edilizia civile,

• spazi di edifici ad aula,

• aree di edifici agricoli.

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Le case familiari e gli edifici residenziali sono il caso più comune di applicazione del riscaldamento a basse temperature, rispettivamente di sistemi solari, geotermici e pompe di calore, poiché permettono al proprietario una soluzione architettonica pulita dell'ambiente riscaldato e al contempo un funzionamento risparmio energetico, così come una garanzia ottimale del comfort termico.

L'edificio con un sistema di riscaldamento a basse temperature deve soddisfare però questi presupposti:

• le perdite termiche degli edifici riscaldati devono essere il più piccole possibili (15 - 20 W. m- 3),

• lo spazio riscaldato deve avere una tale perdita termica che può essere coperta con la superficie di riscaldamento con la sua potenza senza che venga superata la temperatura superficiale igienicamente tollerabile della superficie di riscaldamento (pavimento, parete, soffitto),

• quando la perdita termica è maggiore della potenza raggiungibile della superficie di riscaldamento, è necessario aumentare la resistenza termica delle strutture perimetrali con isolamento supplementare, oppure coprire la potenza mancante con una superficie di riscaldamento radiante in un'altra superficie, rispettivamente con un corpo di riscaldamento.

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Riscaldamento in una casa a basso consumo energetico

Se si parlerà dell'applicazione del riscaldamento a basse temperature con fonti rinnovabili di energia in una casa a basso consumo energetico, bisogna prima definire i requisiti, successivamente analizzare il bilancio energetico, così come lo stato termico degli ambienti riscaldati.

Requisiti per una casa a basso consumo energetico

La riduzione del consumo energetico durante l'operatività degli edifici creando un programma complessivo di efficienza energetica porta alla creazione e al progetto di una casa a basso consumo energetico. Questo stato si può raggiungere in due modi:

• riducendo le perdite termiche degli edifici causate dal trasferimento di calore e ventilazione, insieme all'utilizzo passivo dell'energia solare con elementi edilizi comuni, ad esempio finestre, muri vetrati

• utilizzando fonti rinnovabili di energia, in primo luogo l'energia solare, l'energia delle acque geotermiche e dell'ambiente con sistemi attivi con un basso potenziale energetico.

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Stato termico in una casa a basso consumo energetico

Negli edifici molto bene isolati termicamente la temperatura del mezzo di riscaldamento e il gradiente termico sono significativamente più bassi rispetto agli edifici tradizionali, mentre le temperature superficiali interne delle pareti esterne sono più alte. Negli ambienti si crea uno stato termico uniforme, senza che si formino sgradite differenze verticali e orizzontali di temperatura, asimmetria termica radiante e circolazione d'aria eccessiva, cioè un disagio termico locale.

I risultati delle misurazioni e dei calcoli teorici hanno confermato che in una casa a basso consumo energetico non è importante, ai fini della garanzia del comfort termico, la posizione del corpo. Il problema principale è una variazione troppo grande della temperatura dell'ambiente rispetto ai cambiamenti del carico termico, cioè dei guadagni termici da persone, illuminazione, rispettivamente da irraggiamento solare. Poiché le perdite termiche specifiche sono piccole, i cambiamenti del carico termico possono influenzare in modo significativo la temperatura risultante dell'ambiente. Questo effetto dipende soprattutto dall'inerzia termica dell'edificio e dalla capacità di regolabilità del sistema di riscaldamento.

L'inerzia termica di una casa a basso consumo energetico è più alta rispetto a un edificio standard. I cambiamenti della temperatura dell'aria esterna si possono controllare utilizzando una regolazione equitermica con una curva caratteristica di riscaldamento. L'efficacia di questa regolazione dipende dalla scelta della curva di riscaldamento rispetto al tipo di edificio e alla diversità della richiesta di calore negli ambienti diversi.

Un grande effetto dell'irraggiamento solare attraverso le finestre sulla temperatura risultante dell'ambiente richiede ulteriori funzioni operative del sistema di riscaldamento, permettendo di modificare la potenza termica. Per i sistemi di riscaldamento a basse temperature è significativo l'effetto di autoregolazione causato dalla piccola differenza di temperatura tra la temperatura dell'ambiente e la superficie di riscaldamento. Si richiede una combinazione di questa capacità di autoregolazione con un termostato interno, che regola in base al controllo della temperatura dell'ambiente il flusso di massa nel sistema di riscaldamento a basse temperature.

Nell'utilizzo dell'interruzione notturna dell'operatività la risparmio in una casa a basso consumo energetico è del 1 al 3 % del consumo energetico complessivo.

I sistemi di riscaldamento a basse temperature, con perdite termiche ridotte nella produzione di calore (ad esempio caldaie a condensazione) e nella distribuzione, permettono un uso più significativo di fonti rinnovabili di energia.

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Esempi di applicazione in case familiari e case di appartamenti

Nell'applicazione di sistemi a basse temperature in case familiari e case di appartamenti mostreremo la realizzazione:

• di un riscaldamento a pavimento a basse temperature,

• di un riscaldamento a pavimento con pompa di calore e collettori solari in una casa a basso consumo energetico,

• di un riscaldamento a basse temperature con pompa di calore,

• di una preparazione dell'acqua calda sanitaria in una casa di appartamenti con sistemi solari,

• di un approvvigionamento di calore per il riscaldamento e la preparazione dell'acqua calda sanitaria con energia geotermica.

Riscaldamento a basse temperature con pompa di calore

Il sistema di riscaldamento realizzato è in una casa unifamiliare al piano terra con soffitta abitabile. Il sistema di riscaldamento è un riscaldamento centrale con un gradiente termico di 80/60 °C, la fonte originale di calore era una caldaia a combustibile solido. La fonte di calore a basse temperature è l'acqua di scarico con una temperatura di 40 a 46 °C.

Inizialmente era stata elaborata un'alternativa monovalente e bivalente dell'operatività dell'installazione, l'investitore ha scelto e realizzato il modo monovalente di operatività della pompa di calore. Per questo motivo era necessario modificare il gradiente termico in base alla temperatura massima dell'acqua di uscita dal condensatore della pompa di calore, in questo caso ai valori 55/43 °C. Per tale scopo era necessario:

• ridurre le perdite termiche dell'edificio,

• aumentare la superficie di riscaldamento in modo appropriato al nuovo gradiente termico.

La connessione primaria alla distribuzione dell'acqua geotermica è a una distanza di circa 100 m dall'edificio. Due tubi di collegamento in polietilene sono liberamente posati nel terreno. A causa dell'aggressività dell'acqua geotermica era necessario inserire un circuito intermedio sul lato evaporatore della pompa di calore. Il circuito intermedio con circolazione autonoma contiene uno scambiatore di calore a piastre. Il gradiente termico per l'evaporatore della pompa di calore sarà 20/15 °C.

La pompa di calore con una potenza termica di 20 kW è dotata di due compressori ermetici. La potenza elettrica è 5,5 kW e il numero reale di rendimento termico della pompa di calore è intorno a 3,2. I valori effettivamente raggiungibili di questo numero di rendimento termico della pompa di calore che funziona con R 22 variano da 3,5 a 4,5. Dopo la pompa di calore sul lato condensatore è inserita nel circuito idraulico una vasca di accumulo con un volume di 0,3 m3, da cui l'acqua calda viene distribuita al sistema di riscaldamento. Al sistema della pompa di calore appartiene il controllo necessario, la regolazione equitermica con possibilità di attenuazione giornaliera e notturna e simili. Per casi di emergenza si mantiene la connessione alla fonte di calore esistente (caldaia a combustibile solido). La preparazione dell'acqua calda sanitaria per l'edificio si risolve separatamente senza utilizzo della pompa di calore.

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Produzione di acqua calda sanitaria in un edificio residenziale con sistema solare

L'impianto solare energetico più grande nella costruzione residenziale in Slovacchia è stato realizzato nel 1985 nel quartiere di Šurany. Per l'utilizzo dell'energia solare per la produzione di acqua calda sanitaria è stato scelto un edificio residenziale sperimentale con undici unità abitative con un fabbisogno complessivo di 2000 litri d'acqua.

L'edificio residenziale è un edificio a quattro piani con seminterrato, in cui si trova la stanza delle macchine e ha un tetto piano, dove sono installati i pannelli solari.

Il sistema energetico solare è bivalente con accumulo a breve termine (a due giorni) del calore. L'edificio residenziale sperimentale con l'installazione solare per la produzione di acqua calda sanitaria si trova, in termini di disponibilità della radiazione solare, in una località con il periodo di luce solare più lungo dell'anno e con la quantità massima di radiazione solare incidente.

La conversione dell'energia solare in energia termica avviene attraverso 34 pannelli solari piani liquidi installati sulla superficie del tetto piano, che sono inseriti in tre file in una struttura di supporto in acciaio. Le tubazioni (termoisolate) del circuito dei pannelli solari sono elevate nel seminterrato dell'edificio residenziale, dove si collegano al serbatoio di accumulo con capacità di 4000 litri. Un secondo serbatoio con capacità di 2000 litri, collegato in serie, serve per riscaldare ulteriormente l'acqua riscaldata con energia solare. I serbatoi sono dotati di sensori di temperatura e un regolatore differenziale controlla il loro riempimento.

Edifici civili

La possibilità di applicare il riscaldamento a pavimento idronico negli edifici civili è estremamente ampia (edifici amministrativi, hotel, ristoranti, cinema, teatri, edifici culturali e sociali, ecc.), tuttavia, nella maggior parte dei casi, è strettamente connessa anche all'utilizzo del riscaldamento tradizionale, quindi come cosiddetto riscaldamento idronico combinato.

Requisiti dell'edificio riscaldato

Il riscaldamento idronico combinato offre tutti i vantaggi di entrambi i sistemi, quindi del riscaldamento radiante su larga scala e del riscaldamento convettivo e è adatto soprattutto agli edifici riscaldati, dove:

• è possibile coprire una grande perdita di calore nei casi in cui la potenza installata del riscaldamento a pavimento da sola non è sufficiente,

• c'è una reazione flessibile al cambiamento del fabbisogno di calore a causa di fonti esterne di calore (irraggiamento solare, calore della cottura, produzione di calore delle persone, ecc.), dove il riscaldamento a pavimento copre la perdita di calore di base e il riscaldamento convettivo reagisce flessibilmente alle variazioni della temperatura esterna, soprattutto durante i periodi di transizione primavera, autunno),

• è possibile cambiare in modo variabile la posizione e la potenza del corpo riscaldante in caso di modifica della disposizione dell'arredamento o del cambiamento dello scopo e della funzione della stanza.

Riscaldamento idronico combinato

La vasta base materiale, le soluzioni tecniche progressive e le nuove tecnologie di installazione hanno portato a poter oggi scegliere e progettare un sistema di riscaldamento "su misura". Una di queste soluzioni può essere il sistema di riscaldamento idronico combinato in base ai materiali plastici, che permette di combinare opportunamente sia il trasferimento convettivo che radiante del calore nella stanza. In altre parole, utilizzare contemporaneamente corpi riscaldanti tradizionali e superfici di riscaldamento radianti su larga scala.

Il riscaldamento combinato unisce i vantaggi di due sistemi di riscaldamento, cioè del riscaldamento radiante su larga scala e del riscaldamento convettivo ed elimina i loro svantaggi come entità separate, dove entrambi i sistemi sono a bassa temperatura.

L'impianto di riscaldamento è costituito da tubazioni verso i singoli distributori del riscaldamento a pavimento e del riscaldamento convettivo. L'alimentazione delle tubazioni di riscaldamento dal distributore ai singoli corpi riscaldanti si realizza più frequentemente in due modi:

• Nel primo caso, quando le tubazioni sono incassate nel pavimento, si ottiene la connessione più breve tra il distributore e il corpo riscaldante. Questa soluzione si applica principalmente nelle costruzioni nuove, dove lo strato del pavimento viene posato solo dopo l'installazione delle tubazioni.

• La seconda soluzione permette di condurre le tubazioni ai corpi riscaldanti lungo la guida perimetrale della stanza. Negli edifici, dove si realizza il cambio dell'impianto di riscaldamento sarebbe laborioso e soprattutto non economico condurre le tubazioni in plastica ai corpi riscaldanti nel pavimento. Si eviterebbe smontando lo strato superiore del pavimento e successivamente scavando le scanalature per l'installazione delle tubazioni, il che prolungherebbe la durata del cambio dell'impianto di riscaldamento e aumenterebbe anche gli investimenti. Per questo motivo è opportuno condurre le tubazioni in plastica dal distributore ai corpi riscaldanti lungo la guida perimetrale vicino alla parete.

L'unione stessa delle tubazioni in plastica ai corpi riscaldanti si realizza direttamente dal pavimento o dalla parete. L'unione dalla parete richiede inoltre lo scavamento di una scanalatura per l'installazione delle tubazioni. Nel caso dell'utilizzo della guida perimetrale le tubazioni vengono alimentate direttamente da essa. In base al modo di unione delle tubazioni ai corpi riscaldanti si distinguono il sistema a una tubazione e il sistema a due tubazioni. Proprio da questi due sistemi dipende anche il tipo di valvola utilizzata sul corpo riscaldante. Vorresti riscaldamento a pavimento - come funziona è però una domanda che non ti permette di dormire? Ora non più!

Sorgenti di calore per il riscaldamento combinato

Sono utilizzabili tutte le sorgenti di calore idroniche utilizzate (caldaie idroniche a combustibile solido, gas, energia elettrica, nonché sorgenti di energie rinnovabili e stazioni di trasferimento del calore). Tra queste sorgenti le meno adatte sono le caldaie a combustibile solido, dove è limitata la possibilità di regolazione della potenza.

I sistemi idronici combinati in base alle tubazioni in plastica possono essere risolti in termini di garanzia della temperatura richiesta del mezzo di riscaldamento, del completamento costruttivo, eventualmente del regime operativo in relazione alla sorgente di calore in questo modo:

a) sorgente di calore idronica centrale che produce direttamente l'acqua di riscaldamento per il circuito convettivo con l'applicazione di mescolamento (valvola a tre vie e a quattro vie) per il circuito di riscaldamento radiante su larga scala a bassa temperatura;

b) sorgente di calore idronica centrale a bassa temperatura che produce l'acqua di riscaldamento per l'intero sistema di riscaldamento a bassa temperatura combinato, ma con un aumento aggiuntivo delle superfici dei corpi riscaldanti;

c) sorgente di calore idronica centrale che produce direttamente l'acqua di riscaldamento per il circuito di riscaldamento convettivo, ma con l'utilizzo di una stazione di scambio per il circuito di riscaldamento radiante su larga scala a bassa temperatura.

Le tre opzioni fondamentali menzionate sono diverse tecnicamente e materialmente impegnative. Al momento si utilizza più frequentemente l'alternativa a), anche se in pratica si tratta di due impianti di riscaldamento separati. L'alternativa b) può essere utilizzata solo per gli edifici a basso consumo energetico con perdite termiche specifiche di 15 a 20 W. m-3, a causa della riduzione della potenza termica dei corpi riscaldanti. La soluzione c) è teoricamente la più perfetta, crea due circuiti di riscaldamento indipendenti in termini di pressione e temperatura, dove esattamente per il riscaldamento radiante su larga scala a bassa temperatura si forma un circuito perfettamente protetto dagli inquinanti del circuito della caldaia e contemporaneamente estremamente resistente agli effetti della diffusione dell'ossigeno.

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Letteratura utilizzata:

Dušan Petráš: Riscaldamento a bassa temperatura e fonti di energia rinnovabile