Impianti di riscaldamento - · superiore ai 20 anni) e le operazioni di manutenzione consistono per lo più nella pulitura del vetro del collettore e nella verifica annuale dei principali

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Progettazione elementi costruttivi

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Impianti di riscaldamento

lezione 10

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È una delle esigenze che l’uomo ha avvertito fin dall’antichità. Si tratta di una esigenza che non può essere trascurata, in nessun tipo di edificio. Nel corso degli ultimi cento anni si è arrivati ad avere impianti molto sofisticati che controllano temperatura ed umidità con elevata precisione.

Benessere igrotermico

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4 tipi di impianti:

centrali di quartiere tradizionali

centrali di quartiere ad energia totale

centrali per edificio

centrale per alloggio

Edifici residenziali

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Da prevedere e dimensionare al momento della progettazione di un quartiere (piano particolareggiato o di lottizzazione).

La posizione della centrale deve essere baricentrica rispetto agli edifici da servire.

L’impianto richiede una gestione oculata da parte di tecnici attenti e competenti.

Centrale di quartiere

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Trasporto calore con vapore oppure acqua cercando di minimizzare le perdite. Viene minimizzato l’inquinamento (grazie alla gestione oculata).

Serve uno scambiatore di calore per abbassare la temperatura di ingresso del fluido all’interno dell’edificio.

Centrale di quartiere

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Il sistema è analogo al precedente.

Viene sfruttata l’energia termica per produrre anche energia elettrica.

Si ottiene una resa più elevata da un unico impianto e si minimizza l’inquinamento.

Impianto ad energia totale

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Nella progettazione dell’edificio bisogna tener conto di un locale per la caldaia e della canna fumaria per lo smaltimento dei fumi della combustione. Inoltre bisogna rispettare le norme per la sicurezza che interessano tali locali.

Centrale per edificio:

impianto di distribuzione

ad anello

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Centrale per edificio:

impianto di distribuzione a

colonne montante -

discendente

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•  locale accessibile dall’esterno e serramento che si apre verso l’esterno •  caldaia e tubi a distanza di sicurezza ed ispezionabili •  una parete privilegiata per lo sfogo dell’esplosione e le altre incombustibili •  ventilazione naturale diretta

Norme per la sicurezza del

locale caldaia

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Grande diffusione, soprattutto, negli ultimi anni.

Utilizzabile nelle zone servite da gas metano.

Necessità di aerazione notevole, per fumi di scarico e per eventuali fughe di gas.

Risparmio energetico significativo ma la resa è fortemente condizionata dalla coibentazione termica dell’alloggio e dalla accuratezza della manutenzione svolta sull’impianto.

Centrale per alloggio

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Dalla centrale arriva un fluido ad una certa temperatura; esistono 3 diverse modalità di distribuzione del calore: •  radiatori •  pannelli radianti •  ventilconvettori

Corpi scaldanti

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la caldaia riscalda l’acqua che raggiunge i radiatori: l’acqua arriva nei corpi scaldanti a circa 80°

esce dai radiatori ad una temperatura di circa 65-70°

torna alla caldaia, dove viene nuovamente scaldata

Radiatori: temperature e

fluido riscaldante

Tipo di radiatori radiatori in ghisa

pesanti, con una buona inerzia termica

radiatori in lamiera di acciaio lamiere sottili saldate tra loro (problemi di ossidazione e scarsa inerzia termica)

radiatori in alluminio rispetto a quelli in acciaio non hanno problemi di ossidazione leggeri e con possibilità di elaborazione formale

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Collocazione dei radiatori

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fonte di calore visibile e tangibile sfruttamento di moti convettivi: vicino alla finestra si evita la condensa ingombro non trascurabile

Vantaggi e svantaggi dei

radiatori

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pannelli a pavimento pannelli a soffitto pannelli nelle pareti (decisamente poco diffusi)

Pannelli radianti Tubi da ¾” oppure da 1 pollice realizzati in differenti materiali: •  rame •  polietilene reticolato

Serpentina con modulo variabile che copre l’intera superficie del locale da scaldare. Molte analogie con il sistema precedente; la temperatura dell’acqua è però più bassa: 40-45° (problemi tecnici e di benessere). Trasmissione del calore per irraggiamento.

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Il sistema viene realizzato inserendo un isolante nel sottofondo del pavimento, stendendo poi sopra una serie di tubazioni che costituiscono una serpentina di tubo flessibile. Successivamente si annegano i tubi nel massetto di finitura.

I sistemi moderni di pannelli radianti a pavimento utilizzano posa a chiocciola su una lastra liscia di isolante da 3 cm in polistitrene estruso e utilizzano acqua a 35-38°C, con interasse tra i tubi radianti variabile e personalizzato in base alle reali caratteristiche termiche di ogni singolo locale.

Le serpentine dell’impianto possono essere realizzate in materiali plastici e in tubo di rame. Il vantaggio di quest’ultimo consiste nella sua elevata conduttività termica, che garantisce una maggiore efficienza energetica. Pertanto, a parità di calore da fornire all'ambiente, è possibile avere passi più ampi (in genere 20-25 cm) e meno perdite di carico.

Pannelli radianti: caratteri generali

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1.  Elevata uniformità di irraggiamento con un miglioramento del benessere abitativo.

Il comfort è elevato poiché il riscaldamento a pavimento trasferisce calore all'ambiente per irraggiamento. Questo fa si che la temperatura sia uniforme in tutti i punti dell'ambiente scaldato, con bassissimi moti convettivi dell'aria, che smuovono e sospingono la polvere.

2.  Costi di esercizio limitati

3.  L'impianto può anche fungere da impianto per la refrigerazione estiva degli ambienti.

In questo caso nelle tubazioni viene fatta circolare dell'acqua fredda a circa 10°C che garantisce il controllo della temperatura in regime estivo. Per evitare la formazione di condensa negli ambienti è necessario installare un sistema di deumidificazione.

4.  I pannelli radianti sono adatti all'uso con sistemi a pannelli solari vista la bassa temperatura dell’acqua richiesta per l'esercizio

5.  Totale assenza di ingombri all’interno dei locali

6.  Elevata inerzia termica

Pannelli radianti: vantaggi

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1.  Costi di realizzazione dell'impianto più elevati rispetto a soluzioni tradizionali.

2.  Difficoltà di manutenzione in caso di guasti o perdite. 3.  Limitata flessibilità di esercizio

Pannelli radianti: svantaggi

Schema costruttivo

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Pannelli radianti innovativi integrati

in pavimenti galleggianti

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Pannelli radianti innovativi integrati

in pavimenti galleggianti.

Schema tecnico di un elemento

modulare tipo

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scambio termico convettivo con una batteria alettata di scambio termico che innesca fenomeno di tiraggio naturale i radiatori sono meno ingombranti tuttavia i ventilconvettori consentono anche il raffrescamento

Termo-convettori

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analoghi ai radiatori ma con movimento che non è naturale ma è un moto forzato che manda aria dal basso verso l’alto lo stesso impianto può essere utilizzato sia d’estate che di inverno non si può controllare l’umidità ed il ricambio d’aria

Ventil-convettori

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Termo-ventilazione

In edifici terziari i ventilconvettori possono essere collocati anche a soffitto. Ciò comporta: assenza di elementi di ingombro all’interno dei locali maggiori altezze di interpiano, in ragione della presenza di adeguati controsoffitti.

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Un impianto solare termico utilizza l’energia contenuta nella radiazione solare per riscaldare l’acqua fino a 60-80 °C. L’impianto ha come componente fondamentale uno o più convertitori di energia solare, detti collettori o pannelli solari, almeno un serbatoio di accumulo e una centralina che regola il sistema elettrico.

Impianto solare termico

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Il collettore è un contenitore con all’interno una serie di tubi in cui fluisce l’acqua che deve essere riscaldata. Ai singoli tubi sono collegate delle piastre (in genere in rame) che assorbono il calore del sole e lo trasferiscono all’acqua. I pannelli hanno una superficie vetrata superiore che serve sia per proteggere la rete di tubi sia per aumentare l’effetto riscaldante dei raggi solari (un piccolo “effetto serra”).

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L’acqua riscaldata nel collettore viene inviata nel serbatoio di accumulo. I serbatoi hanno pareti molto spesse (10-15 cm) e ben isolate consentendo l’accumulo e la distribuzione anche dopo qualche ora. A causa della discontinuità della fonte solare, è necessario dotare l’impianto di un sistema di riscaldamento integrativo di tipo tradizionale. La soluzione impiantistica più utilizzata prevede l’impiego di sistemi solari a circolazione forzata dotati di termoregolazione per la circolazione del fluido. I sistemi solari termici sono estremamente affidabili (la durata di vita è superiore ai 20 anni) e le operazioni di manutenzione consistono per lo più nella pulitura del vetro del collettore e nella verifica annuale dei principali dispositivi del circuito da effettuarsi ad esempio in concomitanza con il controllo della caldaia. Per quanto riguarda le applicazioni per la produzione di acqua calda sanitaria, i sistemi solari consentono di coprire mediamente il 60-70% del fabbisogno termico annuo dell’utenza, con punte del 100% nei mesi estivi. Il riscaldamento di ambienti garantisce invece un’efficienza del 30-40%.

Per calcolare le dimensioni di un impianto solare per un’utenza di tipo domestico, è necessario partire dai consumi di acqua calda sanitaria per persona (tra i 30-60 litri al giorno). Qualora si decidesse di integrare anche il riscaldamento degli ambienti, questo valore deve essere aumentato tenendo conto del volume degli ambienti da riscaldare e delle loro caratteristiche di isolamento termico (trasmittanza).

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In prima approssimazione si può stimare che la superficie di collettore solare richiesta per persona è di circa 1,0-1,2 mq per un sistema installato in una regione del nord Italia e 0,75-1,0 mq per il Centro e Sud Italia.

Anche il volume del serbatoio di accumulo è legato alla superficie captante installata (circa 70-100 litri per mq di collettore).

Ad esempio per una famiglia di 4 persone residente in una località del nord Italia è generalmente sufficiente un impianto di 5 mq di collettori, abbinato ad un serbatoio di accumulo di 450 litri, con una caldaia di integrazione di 25-30 kW.

Il numero dei collettori varia a seconda della zona geografica, in base alla disponibilità di energia solare. Il calcolo dell’irraggiamento sul piano dei collettori può essere effettuato secondo quanto stabilito dalla norma UNI 8477 parte 1° a partire dai dati sull’orizzonte desunti dalla norma UNI 10349, oppure dai dati dell’Atlante Europeo della radiazione Solare (ESRA European Solar Radiation Atlas)

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La tecnologia fotovoltaica (FV) permette di trasformare direttamente l’energia solare in elettricità, grazie all’impiego di materiali semiconduttori come il silicio. Questi sistemi producono elettricità gratuita per oltre 20-25 anni e con bassissima necessità di manutenzione (si suggerisce un controllo annuale)

I moduli FV resistono alle sollecitazioni della neve e del vento, nonché all’urto della grandine; la polvere e la sporcizia che si accumulano possono essere rimosse semplicemente con l’ausilio dell’acqua.

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Un impianto fotovoltaico in sintesi è composto da: una serie di moduli che convertono l’energia solare in corrente elettrica di tipo continuo; un inverter che trasforma la corrente continua in uscita dal generatore FV in corrente alternata, che dovrà alimentare le utenze o la rete; un contatore (solo nel caso di impianti collegati alla rete) che serve per conteggiare l’energia ceduta alla rete pubblica.

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PANNELLI FOTOVOLTAICI A FILM SOTTILE I moduli fotovoltaici più economici, ma anche quelli con il minor rendimento e anche soggetti ad un degrado del rendimento nel tempo. Questi tipi di moduli fotovoltaici (in Silicio amorfo, Solfuto di Cadmio, Arseniuro di Gallio) si presentano come una lastra di vetro grigio/bluastra di colore uniforme, lo spessore è di pochi millimetri e, solitamente è dotato di una cornice in alluminio per conferire maggiore robustezza o maneggiabilità al modulo stesso. In pratica un vetro trasparente speciale viene rivestito su di un lato, con vari passaggi, di silicio allo stato amorfo e di vari altri prodotti, al fine di creare un ottimo livello di impermeabilità e di isolamento elettrico.

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Queste due tipologie di moduli fotovoltaici appaiono esteticamente come tante celle quadrate, o rettangolari, affiancate sotto una lastra di vetro in una cornice di alluminio. In pratica il modulo fotovoltaico è composto da circa 30-70 celle fotovoltaiche singole affiancate, elettricamente unite e fissate attraverso particolari materiali ad una o più lastre di vetro in una cornice normalmente in alluminio, al fine di dare al tutto una certa robustezza, maneggiabilità, ed ovviamente isolamento dagli agenti atmosferici.

PANNELLI FOTOVOLTAICI IN SILICIO POLICRISTALLINO O MONOCRISTALLINO:

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Impianti di riscaldamento - · superiore ai 20 anni) e le operazioni di manutenzione consistono per lo più nella pulitura del vetro del collettore e nella verifica annuale dei principali