Riscaldamento a pavimento Fenix

Regolazione della potenza termica

Per il controllo della potenza dei sistemi di riscaldamento elettrico, ad esempio riscaldamento a pavimento Fenix, si utilizza una regolazione a due posizioni, basata sul principio dell'interruzione, rispettivamente del ripristino dell'approvvigionamento di energia elettrica al circuito di riscaldamento al raggiungimento del valore limite impostato sul regolatore.

La superficie di riscaldamento viene nella maggior parte dei casi divisa in zone abitative e zone di bordo, dove le temperature superficiali del pavimento sono diverse. In questo caso ogni circuito di riscaldamento deve essere regolato separatamente. I dispositivi con cui si realizza la regolazione sono in genere molto più affidabili nella parte di potenza rispetto agli elementi finali di regolazione del sistema di riscaldamento idronico (motori con valvole di regolazione).

Nella scelta del tipo appropriato di tecnica di regolazione è necessario tener conto di:

• se il sistema di riscaldamento, che sia riscaldamento a pavimento Fenix o un altro, funziona come fonte di calore complementare o come fonte principale;

• il regime operativo del sistema (accumulativo, diretto);

• il tipo di edificio;

• le richieste dell'utente.

La regolazione più precisa si può ottenere installando regolatori separati in ogni stanza. Si utilizzano termostati elettronici, che sono in genere dotati della funzione di riduzione notturna, la cui entità è fissa oppure che l'utente può impostare. I termostati possono essere completati con orologi di accensione con programma orario, prodotti più moderni hanno l'apparecchio orario già integrato nella struttura. La possibilità di scelta degli elementi di comando è ampia - da semplici dispositivi analogici a complessi unità di controllo digitali dotate di diverse funzioni intelligenti.

Regolazione della temperatura del pavimento della stanza

Si tratta del modo di base di controllo della potenza di qualsiasi riscaldamento elettrico a pavimento, ad esempio riscaldamento a pavimento Fenix, progettato come fonte principale di calore. Si utilizza un termostato dotato di sensore di temperatura del pavimento e sensore di temperatura dell'aria nell'interno.

Il sensore di temperatura del pavimento è integrato nel piano di posa del cavo di riscaldamento, meglio nel suo centro all'intersezione delle diagonali, almeno però a 0,5 m dal suo bordo, parallelo ai cavi di riscaldamento in modo che non si incrocino. Per poterlo sostituire, è posizionato in un tubo metallico, il cui estremo è sigillato.

Il sensore di temperatura dell'aria è integrato o direttamente nella scatola del termostato installato nella stanza riscaldata, oppure può essere esterno, posizionato sul muro. Si posiziona approssimativamente a un'altezza di 1 200 a 1 500 mm dal pavimento in modo da fornire le informazioni più obiettive possibili sulla temperatura reale. Non deve essere nascosto dal mobili, esposto a correnti d'aria o guadagni termici da fonti interne o esterne. I termostati con sensore esterno di temperatura si applicano opportunamente negli edifici, dove è necessario evitare la manipolazione da parte di persone non autorizzate (ad esempio in scuole, hotel, edifici pubblici e simili). Si installano nel quadro elettrico.

Ogni termostato che regola la temperatura del pavimento deve essere dotato di limitatore di temperatura del pavimento, che protegge gli elementi di riscaldamento da un aumento indesiderato della temperatura nel piano di posa del cavo di riscaldamento. È posizionato nella scatola di derivazione nel muro. Funziona in modo che al raggiungimento della temperatura massima nel piano di riscaldamento spegne il sistema.

La temperatura desiderata dell'aria nella stanza riscaldata e la temperatura superficiale massima del pavimento si imposta sul termostato. Il dispositivo di regolazione funziona in modo che mantiene la temperatura dell'aria al valore impostato regolando la temperatura del pavimento. Al raggiungimento del valore impostato della temperatura dell'aria o della temperatura del pavimento interrompe l'approvvigionamento di energia elettrica al circuito.

Regolazione della temperatura dell'aria esterna

Questo modo è adatto da utilizzare nelle stanze con grandi superfici vetrate, dove il termostato spaziale reagisce in ritardo ai guadagni termici dall'irraggiamento solare e a causa dell'inerzia termica del sistema si verifica il sovrariscaldamento. In questo caso il sensore di temperatura dell'aria esterna si posiziona sulla facciata meridionale, la tecnica regolativa appropriata rileva in anticipo l'irraggiamento solare e in anticipo riduce la temperatura del pavimento.

Regolazione su valore costante

Per le stanze, in cui i guadagni termici o la perdita termica di base è coperta da un altro sistema di riscaldamento, può essere il riscaldamento a pavimento, che sia riscaldamento a pavimento Fenix o un altro, progettato come fonte complementare per garantire una temperatura gradevole del pavimento (cucine, corridoi, sale, bagni). Per la regolazione della potenza si utilizza un termostato con sensore di temperatura, integrato nel piano di posa del cavo di riscaldamento, dove la temperatura del pavimento si mantiene su un valore costante. Il sensore di temperatura è posizionato in un tubo metallico al livello degli elementi di riscaldamento, parallelo a essi in modo che non si incrocino.

Regolazione della potenza termica del riscaldamento a pavimento accumulativo

Nel regime accumulativo c'è uno spostamento temporale tra la fase di prelievo dell'energia e la sua conversione in calore e la fase di trasferimento del calore all'ambiente, dove lo svuotamento del sistema avviene spontaneamente e si può influenzare solo difficilmente con la tecnica regolativa. Per questo la regolazione della potenza è più impegnativa rispetto al regime diretto e nemmeno la qualità del comfort termico non è sempre ottimale. Una soluzione appropriata è l'aggiunta del riscaldamento a pavimento base, ad esempio riscaldamento a pavimento Fenix, con un sistema dinamico (convettori elettrici, radiatori, riscaldamento diretto nella zona di bordo).

Per il controllo della potenza si utilizza una regolazione equitermica, che controlla la carica del sistema in base alla temperatura esterna e al calore residuo nel pavimento. I regolatori sono dotati anche di limitatore di temperatura del pavimento per la protezione degli elementi di riscaldamento da un superamento della temperatura permessa nel piano di posa del cavo di riscaldamento. Per il posizionamento del sensore di temperatura del pavimento valgono le stesse norme che nel sistema diretto. Il sensore di temperatura dell'aria esterna si installa sul lato settentrionale dell'edificio in un posto protetto dall'irraggiamento solare ad un'altezza approssimativamente di 2 a 3 m dal suolo. Il sensore si inserisce nella scatola di installazione. Per adattare meglio il sistema di riscaldamento all'inerzia termica dell'edificio, può essere incorporato nel muro esterno (intonacato).

La carica si può controllare manualmente o automaticamente. Nella gestione manuale è necessario impostare manualmente diversi parametri in base al tempo e al clima. Nella gestione automatica i regolatori hanno una funzione integrata, che modifica le caratteristiche di carica, adatta l'inizio della carica, il tempo di riduzione e il tempo di scarica separatamente, in base al clima attuale. Si tratta di un controllo in anticipo o un controllo successivo. Nel controllo in anticipo il sistema riceve un ordine di carica già all'inizio del periodo con tariffa bassa per il tempo necessario. Nel controllo successivo il tempo necessario per la carica nel periodo con tariffa bassa si calcola dal momento della fine del periodo con tariffa bassa. Il controllo in anticipo è adatto per i casi, dove i tempi di carica sono uguali o dove i inizi e le fine dei periodi di carica sono irregolari nel tempo. Il controllo successivo si può scegliere negli altri casi.

I regolatori della nuova generazione funzionano sul principio della logica fuzzy. La temperatura impostata per l'accensione/spegnimento del sistema può variare in un certo intervallo. Il regolatore riesce a distinguere ad esempio un calo temporaneo di temperatura causato da una finestra aperta e valutare se lo compensa il calore accumulato nel pavimento. I regolatori della generazione precedente controllano la potenza del riscaldamento accendendo/spegnendo l'approvvigionamento di energia elettrica al circuito al raggiungimento del valore impostato della temperatura, quindi in caso di oscillazioni brevi può verificarsi un sovrariscaldamento alternativo.

Controllo del segnale del comando a distanza di massa (CDM)

L'assorbimento di energia elettrica dalla rete elettrica non è uniforme durante il giorno, si verificano periodi di picco e periodi di surplus energetico. Questo dipende da diversi fattori che derivano dagli usi umani, dai processi tecnologici nell'industria e sono influenzati da fattori meteorologici (temperatura esterna, nuvolosità, ecc.). Ai fini economici è necessario creare le condizioni per utilizzare al meglio gli impianti di distribuzione e le centrali elettriche, cioè livellare il più possibile l'assorbimento di energia, ma al contempo creare le condizioni per evitare perdite nella produzione e non incorrere in limitazioni per i consumatori.

Le aziende energetiche influenzano l'assorbimento di energia elettrica attraverso le tariffe, che sono condizioni della fornitura di energia e inducono una pressione per l'assorbimento di energia al di fuori dei periodi di picco, e inoltre operativamente, attraverso il comando a distanza di massa. Il comando a distanza di massa permette di sbloccare o bloccare i dispositivi elettrici a distanza dal centro di controllo in base alle condizioni specifiche della rete di distribuzione (fig. 5.39 e 5.40). In passato il CDM controllava solo i dispositivi di accumulo, oggi il campo si è esteso ai consumi di piccola e grande potenza, come ad esempio i riscaldatori d'acqua ad accumulo nelle abitazioni e nell'industria, riscaldamento elettrico ad accumulo e diretto, pompe di calore, impianti per la preparazione del mangime nell'agricoltura, impianti di climatizzazione, forni elettrici nell'industria e nella produzione alimentare, impianti di pompaggio delle acque potabili, piscine, vasche termali, ecc.

Il controllo del consumo ha un effetto positivo su:

• riduzione dei costi per l'acquisto di energia,

• migliore utilizzo delle centrali elettriche e riduzione dei costi di produzione dell'energia elettrica,

• migliore utilizzo degli investimenti sugli impianti di distribuzione delle reti elettriche, in quanto si può collegare un numero maggiore di dispositivi di accumulo e altri consumatori.

Funzionamento del riscaldamento elettrico a pavimento

Il funzionamento del riscaldamento elettrico a pavimento (REP) - riscaldamento a pavimento Fenix e altri dipende da:

• regime di funzionamento,

• richiesta energetica,

• edificio.

Regime di funzionamento del riscaldamento elettrico a pavimento

In base all'orario di assorbimento di energia elettrica dalla rete elettrica, distinguo tre regimi di funzionamento principali del riscaldamento elettrico a pavimento:

• ad accumulo,

• semplificato ad accumulo,

• diretto.

Riscaldamento a pavimento Fenix offre composizioni per ciascun regime di funzionamento.

Regime ad accumulo del REP

Il ciclo operativo di questo tipo di riscaldamento è suddiviso in due fasi. Nella prima fase (fase di carica) avviene un assorbimento continuo di energia elettrica dalla rete elettrica, che si trasforma in calore e si accumula nella massa di accumulo del pavimento. Questo avviene in un periodo di ridotto carico della rete elettrica, spesso di notte, per 8-10 ore (validità della tariffa ridotta). Nella seconda fase (fase di scarica) il sistema è bloccato. Avviene un consumo spontaneo dell'energia accumulata nello spazio, che accompagna un graduale calo della temperatura della superficie del pavimento.

Il tempo limitato di carica comporta un aumento della potenza installata, da cui deriva la richiesta di una dimensione maggiore della connessione elettrica. Una grande potenza di collegamento causa problemi di connessione di un numero maggiore di consumatori in aree con una bassa capacità delle reti elettriche.

Il tipo di riscaldamento ad accumulo è impegnativo per la costruzione del pavimento, toglie altezza luminosa della stanza e richiede una maggiore capacità portante del soffitto.

La regolabilità del sistema è problematica. Il sistema non è in grado di reagire flessibilmente a improvvisi cambiamenti delle condizioni operative (cambiamenti di temperatura a causa di cambiamenti meteorologici o guadagni termici). Si verificano anche problemi nel garantire il comfort termico nelle ore pomeridiane in caso di calo della temperatura dell'aria esterna e durante i periodi di transizione. A causa della grande inerzia termica, è necessario progettarlo per edifici massivi con lo stesso regime termico e senza grandi superfici vetrate.

Anche se la caratteristica menzionata non è molto favorevole per il sistema ad accumulo, questo tipo di riscaldamento ha un ruolo irrimpiazzabile come elemento regolatore per l'equilibrio dei consumi dalla rete elettrica e in tempi recenti i consumi ad accumulo erano economicamente vantaggiosi e preferiti nell'approvazione delle richieste di riscaldamento elettrico.

Regime semplificato ad accumulo del REP

Questo regime di riscaldamento potrebbe essere caratterizzato anche come regime ad accumulo con un tempo di carica distribuito. Il ciclo operativo del sistema è lo stesso che nel regime ad accumulo, è suddiviso in due fasi - fase di carica e fase di scarica. La fase di carica del sistema può essere distribuita in diversi intervalli orari, dove il principale assorbimento di energia elettrica avviene di notte, e in caso di necessità, che non è sempre necessario, il sistema può essere caricato anche durante il giorno, prevalentemente nelle ore pomeridiane. Da questo derivano anche minori richieste per la qualità dell'isolamento termico sotto il piano di posa dei cavi di riscaldamento e lo spessore dello strato di accumulo della struttura del pavimento. A causa della riduzione del tempo di assorbimento di energia e della possibilità di caricare, si riduce la potenza installata della sorgente.

Rispetto all'assorbimento ad accumulo si riducono gli investimenti per la costruzione del pavimento, la sorgente di calore e la dimensione della connessione. La rete elettrica non è caricata da tali picchi di assorbimento e aumenta il numero potenziale di consumatori connessi alla dimensione specifica della rete nell'area corrispondente. Il sistema è più regolabile, da cui derivano anche risparmi energetici durante il funzionamento rispetto al tipo precedente. È adatto per nuove costruzioni con funzionamento giornaliero completo. A causa della sempre considerevole inerzia termica, è problematico garantire il comfort termico durante il periodo di transizione.

Regime diretto del REP

Il regime operativo di questo tipo di riscaldamento è diametralmente diverso dagli altri due tipi. La sorgente di calore assorbe energia elettrica dalla rete in base alle esigenze durante l'intera operazione, ad eccezione del tempo di blocco del sistema, che è minimo 2 ore al giorno.

Il sistema è caratterizzato da uno spessore minimo del pavimento riscaldante, poiché non è richiesto l'accumulo di calore. Al contrario, è auspicabile aumentare la dinamica del sistema, che si ottiene posizionando il piano di posa del cavo riscaldante il più vicino possibile alla superficie calpestabile del pavimento. Se gli elementi riscaldanti vengono installati in uno strato di cemento, questo ha solo una funzione protettiva. La potenza installata è quasi la metà rispetto al regime ad accumulo, da cui deriva anche una minore dimensione della connessione elettrica e la possibilità di collegare alla capacità specifica della rete elettrica un numero di consumatori circa doppio.

Grazie allo spessore minimo della struttura del pavimento e alla possibilità di posare la superficie riscaldante anche su un pavimento esistente senza demolizioni necessarie, il sistema può essere utilizzato per la ricostruzione del sistema di riscaldamento. Rispetto al regime ad accumulo e semplificato ad accumulo si distingue per il breve tempo di riscaldamento (30-120 minuti in base al tipo di finitura del pavimento e spessore dello strato di cemento), migliore regolabilità, reazione flessibile ai cambiamenti delle condizioni operative, che significa risparmi energetici. Non è un sistema diretto tipico con una reazione immediata all'intervento del regolatore. Una certa inerzia termica, determinata dalla massa superficiale della finitura calpestabile, è adatta a coprire il tempo di blocco del sistema senza ridurre la qualità del comfort termico.

Anche i costi iniziali sono inferiori rispetto ad altri sistemi, grazie alla minore spessore del pavimento, alla minore dimensione dell'alimentazione elettrica, al minore consumo installato del generatore di calore e al minore carico statico delle strutture del soffitto.

Utilizzo del riscaldamento elettrico a pavimento negli edifici

Grazie alla variabilità dei regimi operativi, alla semplice regolazione della potenza termica (accensione/spegnimento) e alla possibilità di utilizzare le strategie regolatrici note, il riscaldamento elettrico a pavimento trova un ampio utilizzo negli edifici di diverso tipo per il riscaldamento degli ambienti interni o esterni. Può essere utilizzato negli edifici con un regime d'uso continuo, con un regime d'uso occasionale o come riscaldamento supplementare.

Edifici con regime d'uso continuo

Il riscaldamento elettrico a pavimento come fonte di calore continua si utilizza negli edifici residenziali (case unifamiliari, edifici residenziali), negli ospedali, nelle scuole materne e asili, negli impianti ricreativi e termali, negli hotel e chalet montani. Il sistema di riscaldamento si progetta come unica fonte di calore e copre la perdita termica totale dell'ambiente riscaldato. Può essere applicato in regime diretto, accumulativo o semiacumulativo, a seconda delle richieste dell'utente, delle condizioni dell'edificio e delle possibilità della rete elettrica in termini di potenza richiesta in una determinata zona. Il cliente ha a disposizione diversi sistemi, ad esempio è disponibile il riscaldamento a pavimento Fenix.

Affinché il sistema di riscaldamento funzioni in modo ottimale, è necessario adattare il regime termico del sistema al regime termico dell'edificio. La versione accumulativa e semiacumulativa è adatta per edifici pesanti e massivi con una minima superficie di costruzioni trasparenti. La versione diretta, grazie alla reazione dinamica all'intervento della tecnologia regolatrice in base alla costante temporale, si utilizza negli edifici con un involucro esterno di qualsiasi tipo.

A causa del tempo limitato di prelievo dell'energia, il sistema accumulativo può incontrare problemi nel garantire il comfort termico alla fine del periodo di scarica, ad esempio in caso di improvviso peggioramento delle condizioni meteorologiche. Gli ambienti è meglio utilizzarli immediatamente dopo la fine del caricamento del sistema. Per questo motivo, questo tipo è adatto per edifici con un utilizzo prevalentemente mattutino o in combinazione con un sistema supplementare a convezione. Il sistema semiacumulativo e diretto garantisce il comfort termico durante l'uso giornaliero dell'edificio. Nelle ristrutturazioni della fonte di calore, se si considera un sistema elettrico a pavimento, la versione diretta si presenta come la soluzione più accettabile e spesso l'unica alternativa.

Il comfort termico si garantisce con una regolazione individuale della potenza per ciascun ambiente riscaldato. Nel caso del regime diretto si utilizza la regolazione della temperatura dell'aria a un valore costante o in base alla temperatura dell'aria esterna, nel caso del regime accumulativo e semiacumulativo esclusivamente in base alla temperatura dell'aria esterna. Il regolatore garantisce inoltre che la temperatura della superficie del pavimento (nella posizione dell'installazione del cavo di riscaldamento) non superi i valori impostati in base alle norme igieniche in conformità con la natura dell'ambiente. Per la regolazione si utilizzano termostati, che sono installati direttamente nell'ambiente o nel quadro elettrico. I termostati di vecchia generazione funzionano in base al principio dell'interruzione/ripristino dell'alimentazione elettrica al sistema quando si raggiunge uno dei valori impostati. Per aumentare il comfort abitativo sono spesso dotati di orologi programmabili per impostare il regime di riscaldamento per diversi giorni in anticipo (giorni lavorativi, fine settimana, vacanze). I termostati di nuova generazione funzionano come dispositivi intelligenti e programmabili, che hanno un componente temporale integrato nella loro struttura. Regolano la temperatura dell'aria e la temperatura del pavimento con costi operativi ottimali. Garantiscono il comfort termico in base all'analisi del gradiente termico nell'ambiente e sono in grado di determinare il tempo necessario per raggiungere la temperatura desiderata.

Edifici con utilizzo occasionale

Il riscaldamento elettrico a pavimento come fonte di calore occasionale ha ampie possibilità di applicazione:

• Negli ambienti residenziali che non vengono utilizzati regolarmente. A questi ambienti appartengono ad esempio le case di villeggiatura, le autorimesse, le stanze per hobby nei case residenziali e simili. Durante il periodo in cui l'edificio o l'ambiente non vengono utilizzati, il sistema di riscaldamento non deve ghiacciare e all'inizio dell'operatività deve garantire un rapido riscaldamento dell'ambiente interno. Queste richieste soddisfa il sistema a pavimento nella versione diretta con una costante temporale minima (installazione degli elementi direttamente sotto lo strato di calpestio). Con un equipaggiamento più confortevole, quando il sistema è controllato da un dispositivo regolatore programmabile che permette di avviarlo in modo da garantire il comfort termico nel momento dell'utilizzo dell'edificio, si può utilizzare anche altri regimi di riscaldamento. Questa possibilità è rara e da un punto di vista economico è considerata solo se l'utilizzo dell'ambiente dopo l'avvio del sistema sarà più lungo (case di villeggiatura). Un'altra possibilità è l'accensione del riscaldamento tramite telefono, in modo che l'ambiente interno sia già riscaldato al momento dell'arrivo nell'edificio. La potenza termica si regola come nel caso degli edifici con regime d'uso continuo.

• Negli ambienti non residenziali utilizzati occasionalmente. A questi ambienti si possono assegnare chiese, stadi, tribune, dove le persone si trattennero per breve tempo (1 a 2 ore). Non è necessario riscaldare l'intero ambiente, ma solo una sua parte. Gli elementi di riscaldamento in considerazione sono i tappeti e le pellicole elettriche grazie alla loro piccola spessore costruttivo e alla semplice installazione. Si installano nella parte inferiore (il calore irragia verso i piedi) o sul sedile (il calore irragia verso la schiena), sotto i tappeti o il pavimento, i tavoli di lavoro (riscaldamento delle mani) e simili. La regolazione del sistema è garantita di norma da un termostato dotato di sensore di temperatura nella posizione dell'installazione del cavo di riscaldamento.

• Negli ambienti non residenziali che vengono utilizzati regolarmente per diversi giorni alla settimana, ma un altro tipo di riscaldamento sarebbe poco economico o inadatto. A questa categoria appartengono in primo luogo le sale industriali, i magazzini non riscaldati, i laboratori e simili. Le persone si trattennero qui spesso per 24 ore al giorno, ma riscaldare tali ampi ambienti sarebbe stato sia molto impegnativo (grande altezza strutturale) che poco economico (quasi impossibile regolazione - grande quantità di calore estraneo dagli impianti). Il riscaldamento in tali casi si risolve creando isole termiche, cioè si riscaldano direttamente i posti di lavoro, i posti di sosta delle persone, le aree di manipolazione. Anche in questo caso si applicano bene i tappeti e le pellicole di riscaldamento o il sistema a pavimento in regime diretto. Per la regolazione si utilizzano termostati dotati di sensore di temperatura nella posizione dell'installazione del cavo di riscaldamento.

Sul mercato sono disponibili diversi sistemi di riscaldamento a pavimento, ad esempio anche il riscaldamento a pavimento Fenix.

Riscaldamento supplementare

Il riscaldamento elettrico a pavimento, ad esempio il riscaldamento a pavimento Fenix, in regime diretto come fonte supplementare di calore si progetta:

• negli ambienti dove ci sono guadagni termici (sale, corridoi, bagni) per garantire una temperatura gradevole della superficie del pavimento;

• negli ambienti dove la perdita termica di base è coperta da un altro sistema di riscaldamento e non si vuole avere un pavimento freddo (cucine, bagni);

• per garantire il comfort termico durante il periodo di transizione, quando il sistema di riscaldamento principale è fuori servizio.

L'operatività del sistema è controllata da un termostato dotato di sensore di temperatura del pavimento. La potenza del riscaldamento si determina in questi casi in base all'uso dell'ambiente, alla composizione del pavimento e alle richieste di dinamica del sistema.

Bibliografia utilizzata:

Dušan Petráš, Miroslav Kotrbatý: Riscaldamento di grandi ambienti e di edifici industriali