Impianti di riscaldamento a bassa temperatura. Quando la scelta è vincente

Gli impianti a bassa temperatura sono una realtà consolidata, garantiscono buoni risparmi e posso diventare soluzioni interessanti anche alla luce di notevoli interventi sull’involucro edilizio. Non bisogna pensare a questi sistemi come a soluzioni vincolate alla realizzazione di nuovi edifici o a importanti ristrutturazioni.

Come vedremo nel seguito gli impianti a bassa temperatura possono, con i giusti accorgimenti, trovare applicazione anche in edifici esistenti senza stravolgere l’architettura impiantistica. I generatori, l’utilizzo e sistemi di regolazione costituiscono le informazioni base per comprendere se e quando adottare impianti di riscaldamento a bassa temperatura è una scelta vincente.

Impianti a bassa temperatura: cosa sono

Prima di tutto è bene chiarire cosa si intenda per impianti a bassa temperatura. Dunque, si stratta di impianti il cui mezzo di diffusione del calore, tradizionalmente acqua, si trova ad una temperatura inferiore a 40-50°C.

L’acqua d’impianto, che da un ponto di vista tecnico costituisce il vettore energetico, si trova in uno stato fisico per cui scambiando energia con gli eventuali fumi di combustione consente il recupero del calore derivante dalla formazione di condensa. Questa certamente costituisce uno dei principali vantaggi di sistemi a bassa temperatura, sicuramente uno dei motivi per cui  impianti di questo tipo sono fortemente consigliati.

A definire impianti a bassa temperatura non è solamente il mezzo utilizzato per il trasporto del calore ma anche il sistema di diffusione adottato, si tratta infatti di impianti i cui terminali devono essere in grado di immettere calore in ambiente utilizzando acqua a temperatura limitata, soprattutto se paragonata a quella con cui siamo tradizionalmente abituati pensando ai radiatori di casa che si aggira intorno ai 70-80°C.

Avere a che fare con sistemi a bassa temperatura significa quindi dover pensare a sistemi di generazione compatibili, preferibilmente pensando a soluzioni più ecosostenibili (pompe di calore, caldaie a condensazione e anche collettori solari), oltre all’individuazione di quale sistema di immissione adottare, conciliando l’ottimizzazione del confort interno senza richiedere interventi troppo invasivi o costosi su gli immobili nuovi o già costruiti.

La quantità di calore necessaria per mantenere caldo un locale è funzione esclusivamente dalle sue caratteristiche costruttive, dal suo grado di isolamento verso l’esterno e verso i locali adiacenti e dalle attività che si svolgono, questa quantità di calore sostanzialmente non cambia modificando il sistema di emissione.

Il compito del sistema di emissione è quello di trasferire ai locali il calore necessario, secondo le tempistiche e nelle quantità definite dall’utente. La differenza tra diversi sistemi di emissione si limita alle modalità con cui il calore viene fornito. Il linea di principio, un sistema è tanto più ottimale quanto più sia in grado di ridurre gli sprechi mantenendo le condizioni ambientali nell’intorno dei valori impostati dall’utente.

Scelto il sistema di generazione e fissate le temperature di progetto, la scelta del sistema di emissione dipende dai risultati che si ottengono dalle simulazioni di funzionamento. Si darà preferenza alla soluzioni che garantiscono la miglior efficienza energetica complessiva, i minori costi di gestione e realizzazione e che più rispecchia le esigenze dell’utilizzatore finale.

Quali sono gli impianti a bassa temperatura

Quando parliamo di riscaldamento una prima distinzione va fatta sulla base di quale sia il vettore energetico usato. Negli impianti più diffusi si utilizza dell’acqua calda, questa alimenta un terminale che a sua volta trasferisce il calore all’ambiente per convezione o irradiamento.

Un’altra possibile soluzione è rappresentata dall’immettere aria calda direttamente nei locali da riscaldare, questa è prodotta a parte e movimentata attraverso l’immobile utilizzando sistemi di canalizzazione che costituiscono l’impianto aeraulico dell’edificio.

Entrambe le soluzioni sono ampiamente diffuse in abito residenziale, sia che si tratti di abitazioni sia che si tratti di uffici o di edifici pubblici. Ambedue le soluzioni impiantistiche posso rientrare all’interno della definizione di impianti a bassa temperatura, tutto dipende dalle condizioni con cui viene prodotto il calore e con cui questo viene trasferito agli ambienti.

Solitamente, quando si trattano impianti a bassa temperatura, si pensa subito agli impianti a pannelli radianti sebbene questa non sia l’unica soluzione possibile. Con il corretto dimensionamento è possibile utilizzate anche i più tradizionali radiatori che spesso risultano più facili da installare e con costi e tempi di realizzazione più contenuti. Questa opportunità estende la possibilità di usare impianti a bassa temperatura anche al parco edilizio esistente senza interventi troppo drastici sui sistemi già in essere.

Oltre i due sistemi sopracitati, si posso considerare come impianti a bassa temperatura anche quelli che utilizzano ventilconvettori, questi infatti posso funzionare correttamente, se ben dimensionati, anche con temperature dell’acqua intorno ai 40-50°C, valori ottimali per conciliare basse dispersioni e ingombri ridotti.

Esisto molteplici varianti dei terminali appena elencati, con caratteristiche tecniche specifiche per ogni possibile applicazione che quindi amplia esponenzialmente il numero di soluzioni impiantistiche a disposizione dei progettisti, in ambienti famigliari o di lavoro.

Anche nei sistemi aeraulici si può parlare di impianti a bassa temperatura sebbene con applicazioni più limitate. L’aria in movimento è un buon vettore termico ma non quanto l’acqua che utilizzata allo stato liquido richiede superfici di scambio nettamente inferiori, soluzioni ad aria con basse temperature portano a scambiatori più grandi e ingombranti, con costi di investimento maggiori.

In generale si può affermare che non esista un sistema di emissione unico quando si opera con acqua tecnica a bassa temperatura ma una pluralità di soluzioni la cui differenza è sostanzialmente dettata dalle esigenze dell’utilizzatore finale.

Gli immobili più diffusi sul territorio italiano sono di vecchia costruzione e se ne può presumere la progressiva riqualificazione, magari sfruttando le numerose agevolazioni che rendono sostenibili interventi in passato molto onerosi. Il progressivo adeguamento del parco immobiliare italiano porterà ad una razionalizzazione dei consumi di energia primaria, quindi una graduale riduzione dei fabbisogni termici e degli sprechi legati al sistema edificio-impianto.

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Le facciate in un edificio sono un elemento particolarmente influente sia dal punto di vista architettonico che dal punto di vista termico. L’elemento di facciata, infatti, si relaziona con l’esterno, influenzando il contesto e regolando gli scambi di calore, aria e luce tra interno ed esterno. Proprio per questa ragione la soluzione di facciata ventilata offre molti vantaggi sia in termini di risparmio energetico, che di isolamento acustico, protezione della struttura ma soprattutto valore architettonico. 

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Oggigiorno gli interventi sul sistema impianto-edificio sono alla portata di tutti e, prevedendo dei lavori sull’involucro, sugli infissi o sugli impianti, si posso ottenere ottimi risultai in termini di prestazione energetica grazie alla riduzione delle dispersioni termiche dell’edificio e per effetto di efficientamento delle apparecchiature. La sola riduzione dei consumi può prestarsi bene ad una riduzione della temperatura di esercizio, quindi ad un ulteriore partica di efficientamento, ma è soprattutto la scelta di nuovi sistemi di generazione e distribuzione a generare migliore efficienza degli impianti.

I vantaggi dovuti all’utilizzo di impianti a bassa temperatura possono riguardare sia il miglioramento delle condizioni di confort ambientale sia la possibilità di utilizzare tecnologie di generazione più efficienti, con una crescente componente di tipo rinnovabile sul fabbisogno dell’edificio.

A partire dagli anni ’90, nei paesi dell’Europa occidentale le temperature di progetto sono state abbassate, sia a livello normativo sia nella pratica, passando da temperature medie dell’acqua di 80 °C tipicamente adottare per sistemi con radiatori a temperature medie di circa 50 °C se non meno. Questo per favorire impianti con minori dispersioni e favorir l’uso di generatori di efficienti, sia in termini di fabbisogno energetico che di impatto sull’ambiente. 

La riduzione dei consumi porta con se una riduzione dei costi di gestione dell’impianto e su realtà commerciali un importante ritorno d’immagine, dimostrando di avere a cuore gli interessi della collettività e del pianeta.

Un po’ di teoria

Quando pensiamo a sistemi efficienti spesso accostiamo questa aggettivo alle apparecchiature presenti nei nostri impianti. L’Etichetta Energetica è obbligatoria per tutti i dispositivi commercializzati all’interno dell’Unione Europea così che il venditore renda note le prestazioni energetiche e funzionali del prodotto. Questa metodologia ha favorito lo sviluppo di dispositivi sempre più performanti ed una sempre più attenta consapevolezza da parte dei consumatori.

Quanto si stratta di impianti non ci si può limitare all’efficienza delle singole apparecchiature ma bisogna valutare l’intero contesto in cui si inseriscono. Spesso non gli si dà importanza, ma il sistema di distribuzione del calore costituisce un importante fattore di dispersione che quindi limita le prestazioni energetiche.

Un oggetto, qualunque esso sia, scambia energia termica con l’ambiente circostante quando la sua temperatura è diversa da quella che lo circonda, se si trova a temperatura superiore cederà calore contrariamente tenderà ad assorbire energia dall’ambiente circostante. Maggiore è la differenza di temperatura più è rapido lo scambio di calore, quindi la potenza termica traferita.

Quando si applica questo principio ad un terminale d’impianto possiamo facilmente intuire come una temperatura elevata permetta di riscaldare rapidamente un locale, contrariamente il processo è più lento. Attraverso alte temperature è possibile con pochi elementi molto caldi, o pochi punti di immissione dell’aria, garantire il veloce reintegro dell’energia dissipata dall’involucro dell’edificio e raggiungere in breve tempo le condizioni di confort desiderate.

Considerando un generico impianto, la scelta della temperatura di esercizio si traduce quindi in una maggiore o minore rapidità di risposta del sistema a patto di considerare sempre gli stessi terminali. Tale scelta va fatta in sede progettuale ma può anche essere ricalibrata in un secondo momento, adattandosi alle esigenze degli utilizzatori così da ottimizzare sia il confort degli ambienti che il consumo in riscaldamento. 

La capacità di scambiare più o meno calore va considerata anche in termini di dispersioni. Il calore infatti è scambiato principalmente attraverso i terminali ma una parte di disperde attraverso le tubazioni o a causa dei gradienti di temperatura generati durante l’intero processo, basti pensare a quelli punti caldi, componenti o zone dell’edificio, che per via delle loro caratteristiche disperdono molta energia. In generale una rete i distribuzione più calda disperderà più calore rispetto alla stessa ma con temperature inferiori. Questo spiega perché su molti generatori, come ad esempio caldaie gas o gasolio, esista la possibilità di legare la temperatura di funzionamento alle condizioni esterne, così da gestire meglio la generazione eliminando dispersioni altrimenti evitabili.

Operare con temperature alte accentua la creazione di differenze termiche e di conseguenza perdite, consumi superflui dovuto ai maggiori flussi di calore. Utilizzare sistemi a bassa temperatura riduce le dispersioni di energia, soprattutto in regini stazionari per cui non si prevedono continue variazioni delle condizioni di esercizio, con avvii e spegnimenti frequenti.

Pannelli radianti: limiti e potenzialità

Trattando di impianti a bassa temperatura non si può che cominciare dai sistemi a pannelli radianti. Questa tecnologia ormai ampiamente diffusa e conosciuta nasce specificatamente con l’intendo di poter usare una fonte di calore a bassa temperatura, quindi funzionare bene anche con pompe di calore o sistemi a fonti rinnovabili la cui soglia di funzionamento solitamente non supera i 60°C, fatte le dovute eccezioni.

I pannelli radianti si possono usare sia per il condizionamento invernale che per il raffrescamento estivo, l’installazione può avvenire a pavimento, a parete o a soffitto e ad oggi esistono soluzioni che bene si adattano a qualsiasi tipo di edificio nuovo o esistente. Si tratta di impianti i cui terminali sono inglobati nelle strutture edili e che per tanto richiedono interventi più invasivi se paragonati ad altri terminali.

Rispetto a soluzioni più tradizionali, con l’utilizzo di pannelli radianti si ottengono migliori condizioni di comfort, grazie anche al fatto di generare aria meno secca e non creare correnti di aria calda interne ai locali.

Attualmente in commercio sono presenti collettori di distribuzione che permettono la gestione separata di più circuiti permettendo temperatura diverse per ogni ambiente.

La soluzione più diffusa è quella di impianti a pannelli radianti installati a pavimento. L’aspetto più evidente di questa soluzione è l’assenza di corpi scaldanti all’interno dei locali, con maggiore volume disponibile e maggior libertà architettonica per l’arredo degli ambienti.

Rispetto a sistemi funzionanti con alte temperature, l’assenza di rilevanti correnti di aria interne ai locali non solleva polveri, limita lo sporcamente delle superfici  e tutte le conseguenze che questo comporta in pulizia e manutenzione.

Tra i vantaggi più riconosciuti di questa tecnologia, uno degli aspetti più importanti è dato dalla possibilità di funzionare con temperature di mandata fino a 28-29°C, temperature basse limitano i gradienti di temperatura all’interno di una stessa stanza dando la sensazione di un ambiente più omogeneo.

I generatori posso essere sia di tipo tradizionale che basati su tecnologie più efficienti, come collettori solari e pompe di calore. Avere apparecchi più efficienti si traduce in un minor consumo e quindi in un minor costo in bolletta.

Tra i limiti di questa tecnologia vi è l’elevata inerzia termica, il calore è traferito utilizzando le strutture in cui sono annegati i pannelli, se da un lato questo consente una minor dipendenza dalle condizioni climatiche esterne, allo stesso tempo comporta una più lenta risposta del sistema in caso di funzionamento intermittente.

Altro aspetto da considerare è la corretta progettazione, occorre un ingente mole di lavoro al fine di conoscere le proprietà fisiche degli elementi costruttivi (pavimenti, solette, ecc…) e simulare il funzionamento dell’impianto, solo così si dimensionano correttamente gli elementi d’impianto evitando errori a cui è difficile porre rimedio una volta realizzato l’impianto.

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Nel proseguo si parlerà di ventilconvettori e fan coil, delle opportunità date dai radiatori e verranno tratte le conclusioni sulla tematica.

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