Pavimenti radianti: riscaldamento e raffrescamento degli ambienti con sistemi a pannelli in EPS

Vantaggi nell'utilizzo di sistemi radianti

Nella categoria dei sistemi radianti rientrano una numerosa varietà di soluzioni impiantistiche, sebbene, nell’accezione più comune, si è soliti riferire alle tipologie caratterizzate da ampie superfici di scambio termico a temperatura non molto diversa da quella dell’aria ambiente, che utilizzano un fluido termovettore a livello termico modesto.

Il termine radianti che definisce tali sistemi si riferisce al fatto che il contributo della componente radiativa di scambio termico risulta significativa (anche maggiore del 60% dello scambio termico globale) rispetto ad impianti tradizionali.
Nelle loro diverse configurazioni, i sistemi radianti possono essere utilizzati sia per il riscaldamento invernale che per il raffrescamento estivo.

Il riscaldamento a pannelli radianti era stato adottato già dai tempi dei Romani (ipocausto), ritrova applicazione nei primi anni di questo secolo per poi diffondersi a partire dagli anni ’50 in seguito a studi mirati all’analisi del funzionamento di questi sistemi.
Le soluzioni impiegate possono essere a pavimento, a soffitto e, anche se meno comuni, a parete.
Il principio base è quello di disporre di ampie superficie di scambio a temperatura non troppo più alta dell’aria ambiente.

Il pavimento radiante sta vivendo una fase di rinnovato interesse, grazie alle nuove normative che attraverso il contenimento dei consumi, impone minori richieste energetiche e quindi permette l’adozione di tali sistemi, essendo richieste rese compatibili con i vincoli legati alle basse temperature superficiali.
Per quanto riguarda la regolazione di questi impianti, la capacità termica della struttura radiante gioca un ruolo fondamentale.

I sistemi utilizzati per il riscaldamento possono essere, con opportuni accorgimenti, anche convertiti in impianti per il raffrescamento, inviando alle serpentine acqua refrigerata. In questo caso, la resa è vincolata alla minima temperatura superficiale che può essere raggiunta, limitata dal problema legato all’insorgere di condensa sulla superficie fredda qualora la temperatura superficiale raggiunga quella di rugiada dell’aria ambiente.
Per questo è resa indispensabile l’adozione di un impianto misto aria-acqua.

Rispetto ad un tradizionale sistema a tutt’aria, la soluzione radiante presenta numerosi aspetti vantaggiosi tra cui la riduzione della portata d’aria alla sola quota di ventilazione.

I soffitti radianti per il raffrescamento vengono utilizzati largamente quando si prevede di effettuare la climatizzazione di un ambiente già esistente del quale non si vuole modificare il layout.
Nelle mansarde e nelle ristrutturazioni, e soprattutto nel settore terziario, sono sempre più diffusi i sistemi di riscaldamento e raffrescamento a soffitto. I vantaggi sono molti, soprattutto in termini di praticità d’uso e di applicazione.

Il sistema di riscaldamento e raffrescamento a pavimento presenta inoltre molti vantaggi, tra i quali il principale è quello di generare una temperatura uniforme in tutti i punti dell’ambiente, sia in orizzontale che in verticale. Tale effetto si può riscontrare soprattutto in ambienti con altezze notevoli, come chiese e capannoni.

Le temperature superficiali del pavimento sono comprese tra i 19°C e i 26°C così come prescritto dalle normative vigenti.
La differenza di temperatura tra superficie del pavimento e l’ambiente è molto bassa: in questo modo il gradiente di temperatura verticale è omogeneo, pertanto, non si innescano moti convettivi. L’umidità relativa subisce inoltre variazioni minime sia d’estate che d’inverno.

I pavimenti radianti: caratteristiche e prestazioni nelle stagioni invernali ed estive

Benessere termico e sanitario

Il benessere termico di un ambiente dipende da innumerevoli fattori. È importante a questo riguardo accennare ai meccanismi di scambio del corpo umano, mettendo in risalto gli aspetti legati all’irraggiamento.
Il bilancio energetico del corpo umano è legato alla necessità di mantenere la temperatura interna ad un valore di circa 37°C, con tolleranze piuttosto limitate.
L’equilibrio di questo bilancio dipende dalle condizioni che si creano attorno e dentro al corpo umano.

I fattori principali sono:

• fisiologici, legati all’attività, alla salute ed all’età;
• il tipo di abbigliamento (leggero o pesante);
• comfort termico, relativo alle condizioni termo-igrometriche degli ambienti.

Sperimentalmente, si è inoltre evidenziato come risulti preferibile dal punto di vista del comfort termico tenere i piedi leggermente al caldo e respirare aria fresca, avere cioè in un locale zone relativamente calde a pavimento e zone più fresche a soffitto.

Condizioni del tutto opposte vengono fornite da un impianto a corpi scaldanti convenzionale. L’aria si scalda al contatto con le superfici dei corpi scaldanti, diventa più leggera e sale a soffitto per poi ridiscendere a pavimento dopo essersi raffreddata a contatto con le pareti disperdenti.
Vengono a stabilirsi, in tal modo, zone di aria calda a soffitto e fredda a pavimento.

Negli impianti a pannelli radianti invece il riscaldamento avviene soprattutto per irraggiamento. Il calore si propaga per mezzo di onde elettromagnetiche, senza bisogno dell’aiuto dell’aria. La temperatura che viene a determinarsi nei locali così riscaldati ha valori quasi costanti, con un aumento vicino al pavimento e una diminuzione in prossimità del soffitto.

Un’altra considerazione a favore del benessere termico può essere fatta in merito alle condizioni dell’aria. Le superfici calde dei corpi scaldanti (è sufficienti che la loro temperatura superi i 40 °C) provocano la decomposizione del pulviscolo presente nell’atmosfera, determinando in tal modo alterazioni alla normale composizione dell’aria.
Al contrario, nei sistemi a pannelli radianti, mettendo in gioco temperature relativamente basse, non vengono provocate alterazioni ambientali di alcun genere.

Si può inoltre affermare che con i sistemi radianti, riducendo il movimento dell’aria negli ambienti, si possono ridurre i disagi per le persone che soffrono di asma e allergie alla polvere, diminuisce la diffusione di malattie da raffreddamento negli ambienti di lavoro e di conseguenza si ottiene addirittura una maggiore produttività aziendale.
Inoltre, per chi si occupa di igiene, il sistema a pannelli radianti assume un’importanza notevole.

Il pavimento, la parete o il soffitto fungono anche da elemento scaldante. La semplice pulizia del pavimento comprende quindi anche la pulizia dell’elemento stesso, inoltre con il riscaldamento radiante non si formano concentrazione e movimenti di polvere.

Inoltre, la bassa differenza di temperatura tra le superfici radianti e l’ambiente (4-5°C) elimina il movimento della polvere e quindi la diffusione nell’aria delle sostanze allergeniche.

Il risparmio energetico

Dal punto di vista energetico, gli impianti radianti permettono di realizzare il riscaldamento localizzato, ovvero consentono di evitare gli sprechi di energia legati alla stratificazione dell’aria calda. La potenza impegnata, infatti, può essere anche inferiore del 70% per capannoni di altezza elevata.
Il funzionamento dell’impianto si basa sull’elevata inerzia termica dei pavimenti, mantenendo temperature superficiali comprese tra 20 e 23 °C, con temperature dell’acqua nei tubi di 30-35°C e temperature ambiente comprese tra 15°C e 18°C.
La temperatura che noi percepiamo è quella operante (T_o) ovvero il valore che tiene in conto della temperatura dell’aria (T aria) e di quella media radiante (T_mr) delle superfici che racchiudono l’ambiente, o più precisamente, di tutti gli elementi che ci circondano e che si trovano ad una temperatura differente rispetto a quella del nostro corpo.

Il fattore estetico

In questo ambito si possono rilevare principalmente due vantaggi degli impianti a pannelli radianti. Il riscaldamento a corpi scaldanti determina il nascere di moti convettivi e la decomposizione del pulviscolo sospeso nell’atmosfera.
Queste condizioni provocano un grave inconveniente di natura estetica: l’annerimento delle pareti. I moti convettivi, infatti, trasportando le particelle del pulviscolo atmosferico e delle sostanze carboniose sempre presenti nell’aria, causano il deposito di queste sulle pareti. Si formano perciò i tipici aloni e le caratteristiche striature nere dietro i corpi scaldanti. Il sistema a pannelli radianti è del tutto immune da tali inconvenienti dal momento che non provoca né sensibili moti convettivi, né decomposizione del pulviscolo.
Si può inoltre rilevare come la presenza di corpi scaldanti possa talvolta essere di difficile integrazione architettonica, oltre a limitare lo spazio disponibile. L’ impianto a pannelli radianti offre invece la possibilità di realizzare un arredamento libero.

Suddivisione in zone

Il sistema a pannelli radianti rende realizzabile l’intercettazione delle singole zone. Questo fatto consente di contabilizzare facilmente il calore consumato da ogni singola utenza.
È inoltre possibile, con la suddivisione in zone, la regolazione individuale della temperatura ambiente, adeguandola alle singole esigenze. Si potrà quindi disporre di una gestione più autonoma del calore.

Raffrescamento

L’impianto a pannelli radianti, facendo in esso circolare acqua fredda, è anche in grado di esercitare una certa azione di raffrescamento dei locali. Non si tratta in questo caso di un vero e proprio condizionamento.
L’impianto infatti non può esercitare alcun controllo relativo sull’umidità e sulla purezza dell’aria. Molti impianti realizzati per il raffrescamento sono a soffitto in edifici industriali e uffici. Gli impianti realizzati hanno mostrato buoni rendimenti, come si mostrerà in seguito.

Componenti degli impianti radianti

Struttura del pavimento/parete/soffitto
I pannelli radianti possono essere alloggiati in una struttura come quella rappresentata in figura.

Lo strato di materiale isolante serve a ridurre le dispersioni termiche verso il basso, oltre che a ridurre l’inerzia termica in gioco, riducendo la massa riscaldata. I materiali utilizzati possono essere di differente natura nelle configurazioni idonee per l’impiego a pavimento. L’isolante può essere piano oppure sagomato superiormente per facilitare la posa delle tubazioni.

Gli edifici domestici e la maggior parte di quelli commerciali di ridotte dimensioni richiedono isolanti di densità standard, mentre per aree di maggior estensione e più alta concentrazione come ambienti sportivi ed edifici commerciali si richiedono isolanti ad alta densità. Per aree industriali è opportuno usare isolanti di densità elevata e per sopportare carichi importanti è consigliabile stendere sulla superficie una rete elettrosaldata.
Se il materiale isolante teme l’umidità della gettata di sabbia e cemento, è bene proteggerlo ricorrendo ad una sua copertura mediante fogli di polistirene.

Sopra l’isolante va posta una rete metallica con maglie possibilmente di larghezza adeguata all’interasse di posa dei tubi. Il suo scopo è quello di permettere di formare e fissare il pannello prima della gettata e di garantire una ripartizione più omogenea dei carichi che agiscono sul pavimento.

Per quanto concerne il fissaggio dei serpentini alla rete si possono usare normali fascette di bloccaggio oppure si può ricorrere molto semplicemente ad una legatura con filo di ferro. Se viene utilizzato un isolante piano, come avviene nel caso di grandi superfici, il tubo può disporre di apposite guide di aggancio rapido entro cui viene alloggiato e bloccato.
Il tutto va annegato in uno strato di sabbia e cemento.

Se il pavimento si realizza con mattonelle (di ceramica, di cotto, di marmo, ecc.) è necessario ricorrere, per la loro corretta posa, ad uno strato di sottofondo. Se invece si deve realizzare un pavimento di parquet, in moquette o in gomma si può procedere in modo più conveniente al loro fissaggio direttamente sullo strato di sabbia e cemento. Non esistono controindicazioni particolari in merito al pavimento da utilizzare. Solo l’impiego di un parquet massiccio, oltre i 10-12 mm di spessore può dar luogo ad inconvenienti tipo gobbe o fessurazioni.

In generale, prima del getto del sottofondo, una fascia perimetrale isolante deve essere posta lungo le pareti e qualunque altro componente che penetra nel sottofondo (ad esempio telai di porte, pilastri e colonne). Questa striscia isolante deve collegare la base di supporto con la superficie del pavimento finito e consentire un movimento del sottofondo di alcuni millimetri. La striscia deve essere fissata al suolo in modo tale da non consentire movimenti durante il getto del cemento del sottofondo. La parte superiore della striscia perimetrale che sporge sopra il pavimento finito non deve essere tagliata via finché sia completata la copertura del pavimento stesso.

Le moderne tecnologie di realizzazione dei sistemi radianti prevedono l’utilizzo di pannelli in polistirene espanso sinterizzato (EPS) di densità 20 - 25 - 30 Kg/m³ in funzione dei carichi agenti. I pannelli sono normalmente stampati con bugne che permettono di alloggiare il tubo radiante.

I pannelli in EPS con bugna sono realizzati con film in polistirene cristallo sulla faccia superiore aderente perfettamente alla sagoma ed accoppiato in fase di stampaggio del pannello.

Il film permette di preservare l’integrità dell’EPS durante la posa e il getto della caldana superiore. Il materiale con cui viene realizzato il pannello in EPS può essere ad unica densità, a doppia densità o con strati di EPS elasticizzato.
Queste possibilità di realizzazione del pannello permettono di raggiungere prestazioni elevate sia per il grado di isolamento richiesto sia per ridurre i rumori da calpestio al piano sottostante.

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Nei prossimi paragrafi si parlerà di:

• Isolamento termico;
• Isolamento acustico;
• Progettare massetti e pavimenti per sistemi radianti;
• Il contributo dell'EPS;
• Conclusioni della trattazione.