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Impianti Termici

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IMPIANTI TERMICI

L'impianto termico è un insieme di apparecchiature destinate alla climatizzazione degli ambienti o alla produzione di acqua calda per usi igienici e sanitari. Si compone di tre sottosistemi: il sistema di produzione del calore (la caldaia), il sistema di distribuzione e di utilizzazione (tubazioni e corpi scaldanti) ed il sistema regolazione e di controllo (il termostato).La normativa vigente non considera impianto termico apparecchi quali: stufe, caminetti, apparecchi per il riscaldamento localizzato ad energia radiante, scaldacqua unifamiliari qualora essi non siano apparecchi fissi e la somma delle potenze nominali del focolare in ogni singola unità immobiliare non sia maggiore o uguale a 15 kW (allegato A al D.lgs. 192/05.)Il sistema di produzione del caloreIl cuore dell'impianto termico è il generatore di calore ovvero la caldaia. In essa l'energia termica prodotta dalla combustione di gas metano, gasolio, gpl o biomassa viene trasferita al fluido termovettore, solitamente acqua.Esistono vari tipi di caldaie suddivise in tre principali categorie. Ognuna di esse appartiene all'una o all'altra a seconda della sua capacità di utilizzare appieno il potere calorifico del combustibile e dunque in relazione alla sua efficienza.
Caldaia standard a TEMPERATURA costante(* o **)
Questa tipo di caldaia è la più datata e oggi ancora la più diffusa. il suo funzionamento è caratterizzato da una TEMPERATURA media del fluido termovettore costante e piuttosto alta (70°-80°) al fine di evitare problemi di condensazione. La TEMPERATURA elevata è causa di notevoli dispersioni di calore ed incremento delle perdite a bruciatore spento. All'aumentare del numero di volte che la caldaia viene accesa e spenta, aumentano le perdite al camino per tiraggio e le perdite di prelavaggio. I frequenti cicli di accensione/spegnimento peggiorano inoltre il rendimento stagionale, che risulta generalmente basso, pur in presenza di un buon rendimento istantaneo di combustione.
Caldaia a TEMPERATURA scorrevole(***)
La caldaia a TEMPERATURA scorrevole consente il raggiungimento di elevati valori di rendimento medio stagionale, ottenuto grazie al proprio funzionamento caratterizzato da una TEMPERATURA variabile. La TEMPERATURA di mandata dell'impianto si dice variabile perché è regolata in funzione della richiesta del carico dell'impianto e quindi rapportata alle condizioni climatiche. In questo modo si riescono ad ottenere valori elevati di rendimento a carico parziale e dunque del rendimento medio stagionale. Producendo esattamente il calore richiesto non si ha un'inutile sovrapproduzione e, grazie alle basse temperature (fino a 30°), si riducono le perdite di emissione e distribuzione.Infine anche nel generatore a TEMPERATURA scorrevole si utilizza un bruciatore a più stadi di funzionamento con regolazione automatica dell'aria combustibile o un bruciatore modulante con regolazione dell'aria comburente, regolazione aria-combustibile in continuo.
Caldaia a Condensazione(****)
L'esigenza di migliorare l'efficienza dell'utilizzo delle fonti di energia ha spinto alcuni costruttori a sviluppare apparecchiature ad altissimo rendimento, che presentano un costo più elevato rispetto ai generatori tradizionali, ma consentono notevoli riduzioni di consumo di combustibile.I generatori di calore a condensazione rappresentano attualmente una soluzione caratterizzata da notevoli potenzialità sia tecniche sia commerciali.Le caldaie tradizionali utilizzano solo una parte dell'energia del combustibile, il cosiddetto potere calorifico inferiore; il resto viene disperso dal camino sotto forma di vapore acqueo. Con la tecnologia a condensazione, al contrario, si raffredda il vapore acqueo trasformandolo in acqua e, nel corso di questo processo denominato "condensazione", si recupera calore: il calore di condensazione. Dunque, rispetto alle caldaie tradizionali, le caldaie a condensazione utilizzano una percentuale maggiore dell'energia fornita dal combustibile, il potere calorifico superiore.Per convenzione il rendimento di tutti i generatori si calcola utilizzando il potere calorifero inferiore. Per questo motivo la caldaia a condensazione raggiunge un rendimento globale normalizzato maggiore del 100%.La quota di sfruttamento del calore di condensazione dipende dalla TEMPERATURA di ritorno dell'acqua dell'impianto; più bassa è questa TEMPERATURA, tanto più alto è lo sfruttamento del calore latente e quindi anche il rendimento della caldaia a condensazione. Il rendimento ottimale è raggiunto per valori della TEMPERATURA di ritorno dell'acqua compresa tra i 25° ed i 40°. Da quanto esposto risulta chiaro che il miglior sfruttamento delle caldaie a condensazione si ha con terminali che funzionano a bassa TEMPERATURA, come ad esempio i pannelli radianti (per i tradizionali radiatori è sufficiente, per ottenere un buon valore del rendimento dell'impianto, l'utilizzo di una caldaia a TEMPERATURA scorrevole).Infine installando una caldaia a condensazione si ottiene una riduzione delle emissioni inquinanti rispetto a una caldaia tradizionale e un risparmio dovuto al minore consumo di gas.
Pompa di calore
Il principio su cui si basa la pompa di calore è quello del frigorifero: è una macchina, alimentata energia elettrica, che trasferisce calore da un ambiente a TEMPERATURA più bassa a uno a TEMPERATURA più alta. Se l'energia termica erogata dal sistema è maggiore di quella elettrica fornita, il rapporto tra esse viene detto coefficiente di prestazione (COP).Gli aspetti positivi della pompa di calore sono:si possono ottenere valori di COP pari a circa 4, ciò significa che per ottenere 4 kWh termici il compressore consuma 1 kWh elettrico;ingombro più piccolo della caldaia;manutenzione e verifica annuale non obbligatoria;il sistema è reversibile, quindi in estate può raffrescare gli ambienti.Le pompe di calore vengono distinte in base alla sorgente fredda da cui prendono calore e al ''pozzo caldo'', cioè all'aria o all'acqua che riscaldano ulteriormente.Le tipologie quindi sono le seguenti:Acqua-acqua, dove verrà riscaldata acqua trasferendo calore da altre acque (ad esempio quella di un pozzo o di un fiume o di una falda).Acqua-aria, dove verrà riscaldata aria attingendo calore da acqua.Aria-aria, dove verrà riscaldata aria trasferendo calore da altra aria.Aria-acqua, dove verrà riscaldata acqua attingendo calore da ariaPompa di calore geotermicaLa pompa di calore geotermica è una pompa di calore che utilizza come sorgente il calore presente nel terreno in profondità. Il principio di funzionamento si basa sul fatto che, mentre l'aria e la superficie del terreno hanno nell'arco delle stagioni una grande variazione di TEMPERATURA, la terra a partire da 3 metri di profondità, nonché l'acqua di falda o dei pozzi, hanno variazioni minime, e quindi nei mesi estivi sono più fresche mentre in quelli invernali più calde dell'ambiente in superficie. Questa differenza di TEMPERATURA viene sfruttata attraverso delle sonde geotermiche, che scendono nel terreno in verticale o si sviluppano in una superficie orizzontale pochi metri sotto il livello del terreno, per captare il calore e consegnarlo alla pompa di calore. La pompa, alimentata con energia elettrica, sfrutta il calore per riscaldare (o d'estate raffrescare) acqua o aria. I COP delle pompe di calore geotermiche sono solitamente molto alti, e permettono un notevole risparmio energetico. Normalmente l'esercizio di una pompa di calore geotermica permette di risparmiare dal 50% al 75% rispetto al riscaldamento a metano o GPL.Gli svantaggi di un sistema di questo tipo sono principalmente:alti costi iniziali (ripagati però in un tempo relativamente breve)necessità di opere di trivellazione nel caso di sonde verticali (anche se ogni sonda, corrispondente di solito ad una potenza dai 5 ai 7 kW, necessita di un foro molto stretto, di diametro inferiore ai 30 cm)opportunità di abbinare alla pompa di calore sistemi di emissione termica a ''bassa TEMPERATURA'' (quindi non radiatori, ma pannelli radianti a parete o pavimento, o ventilconvettori)necessità di verificare se il sottosuolo o le acque sotterranee sono sottoposte a vincolinecessità di un'analisi preliminare del suolo per capire i costi della trivellazioneI vantaggi, oltre al risparmio energetico, sono:ingombro ridotto della pompa di caloreimpatto visivo nullominore manutenzione rispetto ad una caldaia tradizionale (non è necessaria la manutenzione annuale, il controllo fumi, ecc.)assenza di canna fumariareversibilità della pompa (la pompa di calore può scaldare d'inverno acqua o aria, e d'estate raffrescare l'aria)I sistemi più comuni per sfruttare il calore del sottosuolo con pompe di calore sono: le sonde geotermiche, i pozzi di captazione e re immissione di acque sotterranee, le serpentine nel terreno e i pali energetici.Sonde geotermiche: la profondità che raggiungono le sonde geotermiche va dai 50 ai 350 m, in funzione del tipo di terreno e della potenza da captare con la sonda. E' importante analizzare il suolo prima di perforare; in questo modo si possono stimare i costi della perforazione, e quanta energia si riuscirà a captare. Le sonde sono dei tubi di diametro relativamente piccolo (il diametro totale di una sonda, che comprende i due tubi di andata e di ritorno) è meno di 30 cm.Sistemi ad acqua di falda: un modo efficiente di sfruttare la fonte geotermica è utilizzare il calore (o il fresco) contenuto nell'acqua di una falda o di un pozzo. In questo modo si riducono di molto i costi di installazione (nel caso del pozzo non occorre neanche perforare) e come fluido termovettore si può utilizzare direttamente l'acqua di falda. E' vero anche che per raggiungere una falda, può essere che i costi lievitino rispetto alle semplici sonde geotermiche, anche se la falda si trova a profondità ridotte come 20 o 30 m. Per questo si ribadisce la necessità di studi preliminari.Serpentine e pali energetici: è il modo in assoluto più economico per l'uso della geotermia. Le serpentine sono una serie di tubi disposti su una superficie orizzontale a pochi metri di profondità dal suolo. I pali energetici sono verticali e di solito vengono costruiti con le fondamenta della casa. Non sono adatti nel caso di ristrutturazioni.Il sistema di distribuzione ed utilizzazione del caloreIl sistema di distribuzione ed utilizzazione del calore è composto da un insieme di tubazioni, che indirizzano il calore laddove serve e da un insieme di ''corpi scaldanti'' che lo cedono laddove voluto.Le principali tipologie sono:termosifoni (detti anche radiatori o convettori) e piastre radiantitermoconvettori e ventilconvettoriradiatori a battiscopapannelli radianti: a pavimento (i più usati), a parete, a soffittoTermosifoni (radiatori o convertitori)I corpi scaldanti hanno la funzione di immettere nell'ambiente da riscaldare l'energia termica prodotta dalla caldaia e trasmessa attraverso una rete di tubi collegati ai radiatori (rete di distribuzione), scambiando calore con l'ambiente.Il termosifone costituisce la parte finale dell'impianto e va dal classico radiatore costituito da elementi verticali uguali, generalmente in ghisa o in lamiera d'acciaio o in lega di alluminio, a quello a piastra radiante, all'infinita gamma dei praticissimi scalda salviette da bagno.I radiatori in ghisa sono caratterizzati da una durata pressoché illimitata e sono particolarmente adatti nelle abitazioni caratterizzate da un uso continuo dell'impianto di riscaldamento poiché si scaldano lentamente, ma mantengono il calore molto a lungo. I radiatori in acciaio sono disponibili anche in modelli assai gradevoli dal punto di vista estetico ed hanno un'ottima resa termica, ma sono soggetti al pericolo della corrosione che ne limita la durata. Infine i radiatori in alluminio sono caratterizzati da una buona resistenza alla corrosione, da un minor ingombro e da una bassa inerzia termica dunque si riscaldano velocemente, ma altrettanto rapidamente si raffreddano.Le piastre radianti, a differenza dei radiatori, non sono costituite da elementi modulari, ma da un unico blocco, in genere in acciaio e talvolta in ghisa. Sono caratterizzati da un minor ingombro, da un minor contenuto d'acqua e dalla facile manutenzione (pulizia). Questa ultima specifica li rende particolarmente adatti per l'impiego in ambienti che richiedono la massima pulizia con un limitato ingombro quali scuole, palestre, ospedali.
Ventilconvettori
I ventilconvettori, denominati anche fan-coil (dall'inglese fan = ventilatore e coil = batteria), per mezzo di un ventilatore interno di cui sono equipaggiati, producono un attivo ricircolo d'aria che impedisce la formazione di zone stagnanti e mantiene un movimento dell'aria gradevole ed uniforme.I più recenti ventilconvettori hanno un filtro sulla ripresa dell'apparecchio che trattiene con continuità polveri, filacce, fibre, pelo animale ecc. depurando l'aria e prevenendo l'inalazione di queste impurità. Pertanto le persone che soggiornano negli ambienti risultano protette contro gli effetti delle polveri, e nei locali si realizzano condizioni più igieniche e salutari.Sono molto utilizzati nel caso di climatizzazione estate-inverno, in considerazione del costo limitato, della versatilità, dell'ingombro modesto e della possibilità di regolazione della potenza erogata dai singoli apparecchi. E' sufficiente l'installazione di un piccolo ed efficiente gruppo refrigeratore d'acqua, ad esempio una pompa di calore. La macchina refrigeratrice produce l'acqua refrigerata che alimenta i ventilconvettori nella stagione estiva. In questo modo essi realizzano il raffreddamento e la deumidificazione dell'aria (tolgono cioè l'umidità), oltre alla sua costante filtrazione.La regolazione manuale dei singoli apparecchi è effettuata dall'occupante commutando la velocità di rotazione dell'elettroventilatore (in genere su tre posizioni), mentre la termoregolazione ambientale è effettuata in genere per mezzo di un termostato che arresta o mette in funzione l’elettroventilatore.Il ventilatore interno all'apparato è causa di rumore e la sua rumorosità aumenta al crescere della portata d’aria; per tale motivo occorre porre particolare attenzione al livello di rumorosità nella scelta degli apparecchi.Si consiglia l'uso dei ventilconvettori nei locali adibiti ad uffici e non nelle abitazioni proprio a causa della loro rumorosità; in ogni caso per contenere tale inconveniente si suggerisce l'utilizzo di ventilconvettori dotati di ventilatori tangenziali.Oltre alle opportunità di regolazione già elencate, per le grandi utenze caratterizzate da un'occupazione saltuaria, un'ulteriore possibilità di programmazione degli apparecchi consiste nell'impiego di una valvola deviatrice del flusso che intercetta l'acqua nel caso di non occupazione dell'ambiente o ne regola la TEMPERATURA.I ventilconvettori possono essere realizzati nel modello verticale a pavimento ed in quello orizzontale a soffitto; la scelta deve essere tale da evitare che le persone vengano a trovarsi in posizione troppo esposta al getto d'aria e da ottenere una distribuzione abbastanza uniforme della TEMPERATURA (i ventilconvettori a soffitto sono perciò sconsigliati per riscaldare le abitazioni poiché l'aria calda tende ad salire verso l'alto).Radiatori a battiscopaUn'altra alternativa ai tradizionali radiatori è il sistema a battiscopa che consiste in un tubo di rame infilato in una serie di lamelle radianti. All'interno scorre acqua con TEMPERATURA di circa 60°C. Un velo di aria calda sale a contatto con la parete riscaldandola e determinando una situazione di equilibrio termico all'altezza di 150-200 cm: in questo modo si ottiene un'ottimale distribuzione del calore, evitando gli accumuli a soffitto con conseguente risparmio energetico.Si consiglia l'utilizzo di questo tipo di terminale di impianto per gli edifici di nuova costruzione con prevalente uso lavorativo (uffici, aule studio ecc.) e non per le abitazioni in cui si suggerisce l'uso di pannelli radianti a pavimento illustrati nel paragrafo successivo.
Pannelli radianti
I pannelli radianti sono costituiti da ampie superfici scaldate mediante serpentine di tubi in cui viene fatta circolare l'acqua; si utilizzano nel riscaldamento e raffrescamento installandoli a pavimento, a parete e a soffitto. I materiali utilizzati per le serpentine sono l'acciaio, il rame e, più frequentemente, i materiali plastici. La TEMPERATURA di ingresso dell’acqua nell’impianto è di circa di 45° affinché la TEMPERATURA superficiale massima non superi valori limite; ad esempio per gli impianti a pavimento il valore limite è di 25÷28°C. La regolazione termica dei diversi circuiti in modo indipendente permette di stabilire una diversa TEMPERATURA in ogni locale; il pannello radiante ha infatti il vantaggio di dare la sensazione di trovarsi in un ambiente con 22-23°C mentre in realtà il termometro segna solo 20°C. Ha inoltre un'importante funzione di isolamento acustico che permette di assorbire i rumori tra i vari piani.Un ulteriore vantaggio del funzionamento a bassa TEMPERATURA dei pannelli radianti è l'adattabilità ad una perfetta integrazione con caldaie a condensazione e con fonti energetiche alternative come il solare termico.
Pannelli radianti a pavimento
Il più diffuso e consueto impianto a pannelli radianti è sicuramente quello a pavimento. Esso ha numerosi vantaggi:migliora il benessere termico riducendo i consumiriscalda e raffresca senza movimentare l'aria;aumenta la superficie utilizzabile degli ambienti con un corrispondente maggior valore dell'immobile (non c'è nessuno spazio da adibire e da rendere libero per l'installazione e l'uso dei termosifoni);riscalda con minor consumo di energia;lascia libertà d'arredamento (si possono posizionare i mobili ovunque e appoggiarli contro ogni parete);è polivalente (lo posso usare sia in inverno sia in estate se lo progetto anche come sistema di raffrescamento);non solleva polveri perché non circola aria, infatti opera per effetto radiante, quindi evita i tipici malesseri degli impianti di climatizzazione e la tinteggiatura periodica per i "baffi" dei radiatori;se si utilizza come sistema di raffrescamento, consuma molta meno energia elettrica di un normale split.Si consiglia l'utilizzo di questo sistema impiantistico per le nuove costruzioni in abbinamento ad una caldaia a condensazione.Molti hanno un ricordo negativo di questa tecnologia, per come era usata in molti appartamenti urbani di lusso costruiti negli anni 60 - 70: erano alimentati con l'acqua molto calda (60 - 70 gradi invece dei 28 - 29 raccomandati) di impianti centralizzati a TEMPERATURA non controllabile, quindi l'eccessivo caldo al pavimento provocava dolori alle gambe, sollevamento della polvere e conseguente sensazione di secchezza delle fauci. Basta un moderno controllo della TEMPERATURA dell'acqua per capovolgere totalmente la situazione e godere di una delle più confortevoli forme di riscaldamento.
IL SISTEMA DI REGOLAZIONE
Per regolazione di un impianto termico s'intende quel complesso di operazioni con le quali si vuole realizzare e mantenere il comfort climatico negli ambienti abitati, controllando la TEMPERATURA ambiente.Perciò attraverso un sistema di regolazione si è in grado di controllare il funzionamento dell'impianto in seguito a variazioni di TEMPERATURA interna o esterna all'ambiente. In alcuni impianti è presente anche una sonda che regola il funzionamento della caldaia anche in base alla TEMPERATURA esterna.Gli impianti di riscaldamento autonomi devono essere dotati di un termostato ambiente che interrompa l'apporto di energia al raggiungimento della TEMPERATURA prefissata per l'aria del locale riscaldato; in base al DPR 412/93 tutti i nuovi impianti (anche quelli ristrutturati) devono essere dotati di apparecchi più recenti, i cronotermostati, che riuniscono sia la funzione di controllo della TEMPERATURA sia quella di interruttore orario con programmatore regolato con almeno due temperature nelle 24 ore.Gli impianti migliori sono quelli progettati a zone, con ad esempio due diversi termostati per la zona giorno e la zona notte.


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