Errori comuni nella progettazione del sistema di riscaldamento
La maggior parte delle reclamazioni e dell’insoddisfazione riguardante l’impianto di riscaldamento non deriva da un caldaia difettosa né da un radiatore di scarsa qualità. Deriva dal progetto - da decisioni prese già prima che sul cantiere appaia il primo tubo. Seguendo da tempo le richieste e le discussioni da parte delle aziende di installazione e dei clienti finali, si ripetono sempre le stesse errori: potenza del generatore di calore stimata male, mancanza di bilanciamento idraulico, sottostima del purging, tubazioni sottodimensionate, assenza di regolazione per zone, trascuratezza della qualità dell’acqua di riscaldamento e infine mancanza di documentazione che permetta al futuro tecnico di assistenza tecnica di comprendere il sistema senza dover "indovinare". In questo articolo analizzeremo una ad una queste errori, mostreremo i loro effetti reali in cifre e diremo come evitarle già in fase di progettazione - cioè prima che l’errore venga murato nel muro o versato nel massetto.
Non è necessario essere progettisti per comprendere questo testo. L’obiettivo è che l’investitore e le piccole aziende di installazione possano porre le domande giuste prima di iniziare la realizzazione - perché una correzione successiva ad un errore di progetto è sempre più costosa e complicata che risolvere il problema in anticipo su carta.
Errore n. 1: Generatore di calore sottodimensionato
L’errore più frequente e al contempo più costoso è il calcolo errato delle perdite termiche dell’edificio e, di conseguenza, della potenza della caldaia, della pompa di calore o di un’altro generatore. Nella pratica ci imbattiamo in entrambi gli estremi - sottodimensionamento e sovradimensionamento - e il sovradimensionamento è negli ultimi anni molto più frequente, perché le aziende di installazione, per prudenza, "preferiscono dare una caldaia più grande, così basta". Questa decisione però si ripaga.
Quando la potenza del generatore è nettamente maggiore di quanto richiesto realmente dalle perdite termiche dell’edificio, la caldaia o la pompa di calore lavorano in cosiddetti cicli brevi - si accende, raggiunge rapidamente la temperatura desiderata, si spegne, la stanza si raffredda, il generatore si accende di nuovo. Con un generatore correttamente dimensionato in una casa familiare tipica in una giornata di leggero freddo si osservano circa 3 a 4 accensioni dell’ugello bruciatore all’ora. Con un generatore sovradimensionato di circa il 40% rispetto alla reale richiesta, il numero di cicli aumenta a 8 a 10 all’ora. Ogni accensione dell’ugello bruciatore è accompagnata da una breve fase di bassa efficienza (pre-ventilazione, accensione della combustione, riscaldamento dello scambiatore), quindi l’accensione frequente aumenta il consumo reale del combustibile di circa il 10 a 12% rispetto a quanto la caldaia consumerebbe in un funzionamento più costante. Al contempo si consuma molto più velocemente l’elettrodo d’accensione, il ventilatore e il circolatore, che si accendono più frequentemente.
Il sottodimensionamento è meno frequente, ma molto più doloroso nella pratica - nei giorni più freddi dell’anno la casa non riesce semplicemente a mantenere la temperatura desiderata, gli abitanti lamentano "angoli freddi" e la soluzione più comune da parte delle aziende di installazione è aumentare la temperatura dell’acqua di riscaldamento, che riduce l’efficienza della tecnologia a condensazione e, in ultima analisi, aumenta nuovamente il consumo.
La procedura corretta è sempre la stessa: le perdite termiche si calcolano stanza per stanza (non con un’approssimazione "a occhio" né solo in base alla superficie in metri quadrati), si tengono in considerazione le vere composizioni del involucro esterno, il numero e il tipo delle finestre, l’orientamento rispetto ai punti cardinali e il piano di riscaldamento previsto (i radiatori rispetto al riscaldamento a pavimento hanno una temperatura diversa dell’acqua, che influisce anche sulla scelta del generatore). La potenza del generatore si sceglie in modo che copra la perdita calcolata con una riserva appropriata - in genere del 10-15%, non del 40-50%, come spesso capita nella pratica "per sicurezza".
Errore n. 2: Mancanza di bilanciamento idraulico del sistema
Anche se il generatore di calore è scelto correttamente, il sistema non funzionerà bene se non è bilanciato idraulicamente. Si tratta di un fenomeno che è per il profano più difficile da comprendere, ma che nella pratica ha un impatto enorme: l’acqua cerca sempre il percorso con minor resistenza, quindi i radiatori o i circuiti del riscaldamento a pavimento più vicini al generatore o al collettore ricevono una quantità sproporzionatamente maggiore di acqua di riscaldamento rispetto a quelli più lontani. Senza bilanciamento, in misurazioni effettuate su realizzazioni reali ci siamo ripetutamente imbattuti in una differenza di temperatura di 5 a 8 °C tra il radiatore più vicino e il radiatore più lontano nella stessa ramo - l’ultima stanza è semplicemente costantemente più fredda, anche se ha un radiatore con la stessa potenza di quella vicina alla caldaia.
La conseguenza non è solo di comfort (stanza dei bambini fredda alla fine del corridoio), ma anche economica. Per riscaldare anche la stanza più lontana alla temperatura desiderata, l’operatore o l’automatismo del sistema aumenta la temperatura dell’acqua di riscaldamento in tutto il sistema - il che significa che le stanze vicine vengono riscaldate inutilmente e il sistema nel complesso funziona a una temperatura più alta di quanto necessario. Nei generatori a condensazione ciò riduce direttamente l’efficienza della condensazione. Complessivamente si tratta di una perdita energetica dell’ordine del 10 a 15% rispetto a un sistema correttamente bilanciato.
La soluzione è l’utilizzo di un collettore con valvola di misurazione e regolazione su ogni ramo, che permette di impostare il flusso in base al calcolo per quel ramo, e anche una buona scatola del collettore, che garantisce un’installazione chiara, accessibile e esteticamente appropriata direttamente nell’appartamento o nella stanza tecnica. Proprio qui conviene investire in componenti verificate già in fase di progettazione - l’installazione aggiuntiva di un collettore in un appartamento già finito con massetto e pavimento è sempre più complicata e costosa rispetto al suo inserimento nel progetto originale.
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Scatola collettore a parete N-MAX 1 - 450mm - adatta per piccoli appartamenti o un solo circuito di riscaldamento a pavimento, dove è necessario disporre il collettore in modo chiaro e esteticamente appropriato direttamente nello spazio abitativo. Prezzo da 132,84 EUR. |
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Scatola collettore a parete N-MAX 5 - 1250mm - per case familiari più grandi con più rami di riscaldamento, dove è necessario bilanciare idraulicamente 4 a 5 circuiti separati contemporaneamente. Prezzo da 204,67 EUR. |
Errore n. 3: Sottovalutare lo svuotamento dell'aria dal sistema
L'aria che entra nel sistema di riscaldamento durante il riempimento, ma anche durante il funzionamento per il rilascio graduale dei gas disciolti nell'acqua, si accumula nei punti più alti del sistema - nelle parti superiori dei radiatori, nei punti più alti delle tubazioni, nei collettori installati in alto sulla parete. Un sacco d'aria all'interno del radiatore blocca il flusso d'acqua in quella parte del corpo, quindi il radiatore non emette calore su tutta la sua superficie. Le misurazioni effettuate in presenza di sacchi d'aria di dimensioni maggiori (circa un quinto del volume del corpo) mostrano una riduzione del rendimento termico reale del radiatore fino al 30 % rispetto allo stato senza aria - il che significa che la stanza, che dovrebbe essere riscaldata in modo gradevole, rimane sensibilmente più fredda, anche se il radiatore è "caldo al tatto" nella parte inferiore.
Oltre alla perdita di potenza, l'aria nel sistema comporta un secondo rischio - la corrosione. L'ossigeno disciolto nell'acqua accelera la corrosione delle parti in acciaio del sistema (radiatori, tubazioni, scambiatore della caldaia), riducendo nel corso degli anni la durata dell'intero sistema e potendo causare perdite proprio nei punti dove si concentra la corrosione - tipicamente nei giunti saldati o nella parte inferiore dei radiatori a pannello.
Un errore comune nella progettazione è affidarsi esclusivamente ai rubinetti di svuotamento manuale sui radiatori, che devono essere aperti regolarmente da qualcuno - nella pratica, questo non si fa più dopo il primo anno di funzionamento. Una progettazione corretta prevede invece valvole di svuotamento automatico in tutti i punti critici del sistema (i punti più alti delle tubazioni, la testata del collettore, l'uscita della caldaia), che rilasciano l'aria gradualmente senza intervento dell'operatore, e rubinetti manuali sui radiatori come protezione supplementare durante il primo riempimento o dopo interventi nel sistema.
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Valvola di svuotamento automatico - 1/2" - va installata nei punti più alti del sistema e nella testata del collettore, dove rilascia l'aria accumulata gradualmente e senza intervento dell'operatore. Prezzo da 12,01 EUR. |
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Valvola di svuotamento manuale - 1/2" - componente standard di ogni radiatore, permette lo svuotamento manuale durante il riempimento del sistema o dopo interventi sulle tubazioni. Prezzo da 2,10 EUR. |
Errore n. 4: Dimensionamento errato dei tubi
Il diametro del tubo deve essere calcolato in base al flusso d'acqua necessario per il circuito dato e in base alla velocità massima ammissibile del flusso, non in base a un'abitudine o a un giudizio tipo "è sempre stato così" o in base al diametro che la ditta aveva in magazzino. Nella pratica, ci imbattiamo ripetutamente in tubazioni sottodimensionate nei tratti principali, dove la velocità del flusso supera il limite raccomandato di 0,5 a 0,8 m/s e in casi estremi si avvicina a 1,2 m/s o più.
Gli effetti di una velocità elevata del flusso sono tre. Primo, il rumore - il flusso d'acqua al di sopra di questa soglia genera un ronzio udibile e vortici, che sono particolarmente fastidiosi negli ambienti abitativi o nelle camere da letto, se il tratto passa in un muro divisorio o sotto il soffitto. Secondo, la perdita di pressione - un tubo stretto oppone una maggiore resistenza al flusso, il che richiede una pompa circolatrice più potente (e quindi più rumorosa e energeticamente impegnativa), per superare la perdita di pressione in tutto il sistema. Terzo, e più grave da un punto di vista a lungo termine, l'erosione corrosiva - a velocità elevate del flusso si verifica un'usura meccanica dello strato protettivo sulla superficie interna del tubo, che riduce in modo significativo la sua durata, soprattutto nei punti di curva, di T e di restringimento, dove la turbolenza è massima.
Invece, un tubo sovradimensionato non è un errore tecnico in senso funzionale, ma è un costo inutile - diametro maggiore del tubo, curve più grandi, più acqua di riscaldamento nel sistema (che allunga il riscaldamento e il raffreddamento del sistema) e costi di acquisto più elevati senza un reale vantaggio. La progettazione corretta calcola quindi il diametro del tubo per ogni tratto separatamente, sulla base del reale flusso che deve passare in quel tratto, e non con lo stesso diametro per l'intera casa.
Procedura praticamente verificata per la progettazione delle tubazioni
Si è dimostrato efficace il seguente ordine di passaggi, che raccomandiamo anche alle piccole aziende di installazione senza progettista interno: prima si calcola la perdita termica e da essa il flusso d'acqua necessario per ogni stanza e ramo, successivamente si sceglie il diametro del tubo per ogni tratto in base al flusso e alla velocità di flusso raccomandata (il diametro del tratto principale è diverso da quello dell'ultima ramificazione verso un singolo radiatore), e solo alla fine si sceglie la potenza della pompa di circolazione in base alla perdita di pressione totale del sistema. Se l'ordine viene invertito - cioè si acquista prima la pompa "che l'azienda usa normalmente" e si dimensiona successivamente il tubo intorno ad essa - il risultato spesso non funziona e il sistema è rumoroso o non fornisce un flusso sufficiente alle parti più lontane della casa.
Errore n. 5: Assenza di regolazione per zone e termostati ambientali
Un sistema progettato senza la possibilità di regolare singolarmente le stanze o le zone obbliga gli abitanti a riscaldare in base alla stanza più fredda in casa - il che significa che gli altri ambienti sono surriscaldati. Esempio comune nella pratica: una casa unifamiliare con un soggiorno orientato a sud e una stanza dei bambini a nord. Senza regolazione per zone, la temperatura dell'acqua di riscaldamento viene impostata in modo che la stanza nord sia sufficientemente riscaldata, il che fa sì che il soggiorno sud - che inoltre beneficia del guadagno solare attraverso le finestre - venga inutilmente surriscaldato e gli abitanti debbano ventilare per raffreddarlo, quindi letteralmente buttare il calore prodotto fuori dalla finestra.
L'investimento in termostati ambientali o almeno in teste termostatiche sui radiatori, in combinazione con un collettore di distribuzione per zone, si ripaga esattamente perché ogni stanza riceve esattamente la quantità di calore che necessita, in quel momento. Nel caso del riscaldamento a pavimento, la regolazione per zone è quasi una necessità, perché l'elevata inerzia termica del pavimento senza regolazione per ramo porta a forti oscillazioni di temperatura nel corso della giornata (mattina fredda, pomeriggio surriscaldato a causa del guadagno solare e dell'inerzia).
Errore n. 6: Ignorare la qualità dell'acqua di riscaldamento
Questo errore si manifesta spesso solo dopo alcuni anni di funzionamento, quando il suo rimedio è molto più complicato che all'inizio. L'acqua dura con un alto contenuto di calcio e magnesio provoca depositi di incrosti nel cambio del caldaia e nei circuiti a pavimento, riducendo l'efficacia del trasferimento di calore e, nei casi estremi, portando addirittura a un surriscaldamento locale del cambio. Al contrario, l'acqua troppo morbida o demineralizzata senza regolazione del pH può essere aggressiva verso le parti metalliche del sistema e accelerare la corrosione da un lato opposto del problema.
Una progettazione corretta prevede già al primo riempimento del sistema il trattamento dell'acqua di alimentazione in base alle indicazioni del produttore della caldaia (durezza, pH, eventualmente l'aggiunta di un inibitore di corrosione nel circuito chiuso), non quando compaiono i primi sintomi - aumento inaspettato del consumo di combustibile, riscaldamento irregolare del circuito a pavimento, o un messaggio di errore della caldaia relativo al surriscaldamento del cambio.
Errore n. 7: Assenza di documentazione progettuale e piano as-built
L'ultimo errore non è tecnico nel senso stretto del termine, ma ha un impatto diretto sulla durata e sull'assistibilità del sistema. Quando il sistema viene realizzato "sulla base dell'esperienza" senza una mappa dei collegamenti registrati, senza i valori di bilanciamento delle singole ramificazioni e senza un elenco dei componenti utilizzati, ogni intervento successivo - assistenza, ampliamento, risoluzione di un guasto - inizia da zero. Il tecnico di assistenza deve prima "decifrare" il sistema, il che allunga il tempo dell'intervento e aumenta il costo dell'assistenza, e c'è il rischio che, intervenendo senza conoscere il bilanciamento originale, le impostazioni vengano accidentalmente modificate.
La documentazione minima raccomandata, che dovrebbe rimanere sia presso l'investitore che presso l'azienda esecutrice: schema dei collegamenti dei collettori e delle ramificazioni con l'indicazione delle stanze, tabella dei valori impostati del flusso o delle impostazioni iniziali dei valvole durante l'equilibratura idraulica, elenco dei componenti utilizzati con le designazioni di tipo (caldaia, pompa di circolazione, valvole, teste termostatiche) e data e tipo di trattamento dell'acqua di alimentazione. Questo documento non deve necessariamente assumere la forma di un progetto complesso - nella pratica basta anche una semplice fotografia del collettore con l'indicazione delle ramificazioni e una tabella su un foglio, importante è che esista e sia disponibile in ogni intervento successivo sul sistema.
Caso pratico: quando si incontrano tre errori insieme
Scenario tipico con cui ci si scontra ripetutamente: una casa unifamiliare con riscaldamento a pavimento, dove la caldaia è stata progettata con una riserva considerevole "per sicurezza" (sovradimensionamento), il collettore è stato installato senza valvole di bilanciamento sui singoli rami (mancanza di equilibratura idraulica) e mancava una valvola di sfiato automatica nel punto più alto della distribuzione (sottovalutazione dello sfiato). Il risultato è stato una combinazione di sintomi che si sovrapponevano e complicavano la diagnostica: la caldaia si accendeva troppo spesso, una stanza era costantemente più fredda delle altre e durante lo sfiato dei radiatori si rilevava ripetutamente aria anche diversi mesi dopo il primo riempimento del sistema.
La soluzione in tali casi richiede in genere l'eliminazione progressiva di ogni errore separatamente - prima l'aggiunta dello sfiato automatico (l'intervento più economico e veloce), successivamente l'equilibratura idraulica delle singole ramificazioni con valvole di misurazione e regolazione sul collettore, e infine una rivalutazione dei parametri operativi della caldaia, eventualmente modificando la sua curva di potenza, se il tipo di sorgente lo permette. Il costo per l'eliminazione aggiuntiva di tutti e tre gli errori è in ogni singolo caso più alto di quanto sarebbe stato considerarli già in fase di progettazione - soprattutto per il collettore di bilanciamento, la cui installazione aggiuntiva in un interno già completato con armadio integrato è molto più complicata che integrarlo nel progetto originale.
Checklist prima del collaudo del sistema
Raccomandiamo di verificare con l'azienda esecutrice la seguente lista prima del collaudo o del primo periodo di riscaldamento: perdita termica verificata stanza per stanza e confrontata con la potenza della sorgente di calore scelta; elenco delle ramificazioni sul collettore con i valori impostati per l'equilibratura idraulica; posizionamento delle valvole di sfiato automatico in tutti i punti più alti del sistema; verifica del diametro del tubo per ogni tratto separatamente, non con lo stesso diametro per l'intera casa; installazione di teste termostatiche o termostati ambientali almeno nelle stanze principali; registrazione della durezza e, se necessario, del trattamento dell'acqua di alimentazione; infine una documentazione semplice dei collegamenti che rimane disponibile per futuri interventi di assistenza.
Componenti consigliati per una corretta progettazione idraulica
Nella realizzazione di impianti dove è necessario suddividere l'acqua in più ramificazioni e al contempo disporre della possibilità di chiudere singolarmente una qualsiasi di esse, ad esempio per interventi di assistenza tecnica o per manutenzione, oltre al collettore di distribuzione, è utile considerare anche le valvole di chiusura sui principali alimentatori. La valvola a sfera con scarico permette di chiudere una specifica ramificazione e di svuotarla senza dover svuotare l'intero sistema – il che semplifica notevolmente qualsiasi intervento di assistenza tecnica o sostituzione di un componente su quella ramificazione.
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Valvola a sfera acqua - con scarico - 1/2"FF; leva - permette di chiudere e svuotare una specifica ramificazione dell'impianto in modo autonomo, senza dover interrompere l'intero sistema durante interventi di assistenza tecnica o modifiche. Prezzo a partire da 14,86 EUR. |
La combinazione di una buona scatola del collettore, valvole di misurazione e regolazione su ogni ramificazione, scarico automatico e manuale dell'aria e valvole di chiusura con scarico costituisce la base di un impianto progettato correttamente dal punto di vista idraulico – e proprio questi componenti sono quelli su cui si cerca spesso di risparmiare durante la realizzazione, pur essendo il loro costo relativo all'intero budget dell'impianto di riscaldamento generalmente piuttosto basso rispetto al costo effettivo della sorgente di calore.
Domande frequenti
Come riconosco che il mio impianto di riscaldamento presenta un errore di progettazione, e non solo un guasto?
Il segnale è un modello che si ripete, non un evento unico – ad esempio una stanza che rimane costantemente fredda indipendentemente dall'impostazione del termostato, una caldaia che si accende e spegne più volte all'ora anche in condizioni climatiche miti, o la necessità di purgare regolarmente gli stessi radiatori anche mesi dopo il primo riempimento. Un guasto singolo scompare generalmente dopo un intervento di assistenza tecnica, mentre un errore di progettazione si ripresenta continuamente.
È possibile effettuare l'equilibratura idraulica in un secondo momento, oppure solo in fase di costruzione?
Sì, è possibile farlo anche in un secondo momento, purché si abbia accesso al collettore – in tal caso si aggiungono o si ricalibrano le valvole di regolazione su ogni ramificazione. È più complicato quando il collettore originale non ne è dotato affatto o è incorporato in una scatola senza spazio sufficiente per intervenire – in questi casi è necessario sostituire l'intero collettore, il che è più laborioso e costoso rispetto a un corretto progetto e installazione fin dall'inizio.
Vale davvero la pena occuparsi del sovradimensionamento della caldaia, se continua a riscaldare e la casa è calda?
Sì, anche se l'effetto non è immediatamente visibile come ad esempio una stanza fredda. Un aumento del consumo del carburante di circa il 10% e più si manifesta chiaramente nei conti durante la stagione di riscaldamento, e l'accensione frequente riduce la durata del bruciatore, dell'elettrodo d'accensione e del circolatore – componenti il cui costo di sostituzione è maggiore rispetto a una corretta dimensione iniziale.
Devo occuparmi della qualità dell'acqua di riscaldamento anche se ho una caldaia a condensazione nuova?
Sì, proprio le nuove tecnologie a condensazione con scambiatori in alluminio o in alluminio-silicio sono spesso più sensibili alla qualità dell'acqua di alimentazione rispetto alle caldaie in ghisa più vecchie. I produttori di caldaie a condensazione definiscono generalmente con precisione la durezza e il pH dell'acqua di alimentazione accettabili nel manuale – il mancato rispetto di questi parametri può essere motivo di rifiuto della garanzia.
È necessaria la regolazione zonale anche in un piccolo appartamento con pochi radiatori?
Nel caso di un piccolo appartamento con stanze simili per orientamento non è necessaria una regolazione zonale completa, ma quasi sempre si consiglia di installare comunque le teste termostatiche sui singoli radiatori – permettono di regolare la temperatura in base alle esigenze specifiche di una stanza (ad esempio una temperatura più bassa in camera da letto) senza intervenire sull'intero sistema e senza riscaldare inutilmente gli spazi che non ne hanno bisogno.
Chi dovrebbe effettuare il calcolo delle perdite termiche e l'equilibratura idraulica – basta una ditta di installazione?
Una ditta di installazione esperta con esperienza nella progettazione può effettuare questi calcoli autonomamente, è importante però che il calcolo venga effettuato stanza per stanza e che l'equilibratura venga regolata realmente sul campo, non solo stimata a occhio. Nei progetti più grandi o complessi (più sorgenti di calore, combinazione di radiatori e riscaldamento a pavimento, più unità abitative) è utile coinvolgere anche un progettista specializzato in impianti di riscaldamento, il cui progetto verrà poi realizzato dalla ditta di installazione.
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