Sistemi radianti a bassa inerzia termica in abbinamento a collettori con bilanciamento dinamico della portata

di Roberto Torreggiani, ingegnere responsabile consulenza tecnica per Giacomini Group

I sistemi radianti a pavimento possono essere sostanzialmente definititi secondo due categorie: sistemi tradizionali e sistemi bassa inerzia termica o con basso spessore. Questa distinzione non deriva da alcuna normativa ma ha origine operativa e applicativa. Nel presente articolo sono descritti i sistemi radianti a basso spessore per gli edifici nuovi e, in particolar modo, da riqualificare.

Le peculiarità dei sistemi radianti a basso spessore

Le principali caratteristiche dei sistemi radianti a basso spessore sono:

• Ridotto spessore rispetto ai sistemi radianti tradizionali considerando la somma di isolante + strato di supporto + pavimentazione 
• Bassa inerzia e, quindi, maggior velocità di raggiungimento della temperatura superficiale desiderata e della temperatura di set point in ambiente
• In alcune applicazioni, possibilità di applicazione sulla pavimentazione esistente quale layer aggiuntivo e senza invasive demolizioni.

Osservazioni circa l’inerzia nei sistemi radianti

In fisica, in particolare in meccanica, l'inerzia di un corpo è la proprietà che determina la resistenza alle variazioni dello stato di moto, ed è quantificata dalla sua massa inerziale.

Applicare questo concetto ai sistemi radianti è complesso perché molte sono le condizioni termodinamiche di contorno che ne definiscono le prestazioni. 

I fattori che influiscono sull’inerzia del sistema sono: 

• Caratteristiche del sistema (materiali, spessore, conducibilità termiche)
• Temperatura di mandata, portata e salto termico
• Temperatura iniziale 
• Temperatura dell’ambiente da climatizzare
• Collocazione del sistema (interpiano oppure verso l’esterno).

Una metodologia rapida e precisa per la valutazione dell’inerzia è la realizzazione di simulazioni dinamiche agli elementi finiti su sezioni di impianto.

Dovendo, invece, ricondurre questa analisi ad un approccio sperimentale e applicativo sicuramente possiamo affermare che una valida impostazione può essere quella di misurare partendo da freddo quella che è la potenza erogata al massetto tenendo contemporaneamente sotto osservazione la temperatura di mandata e di ritorno, la temperatura ambiente e ovviamente una media delle temperature superficiali.

Un esempio dei risultati che si possono ottenere è riportato in Figura 2 dove sono rappresentate le temperature di mandata e di ritorno in abbinamento alla potenza assorbita dal massetto in funzione del tempo.

Per il sistema a basso spessore il tempo impiegato a raggiungere la temperatura superficiale desiderata (punto di minima potenza sulla curva verde) è inferiore a 30 minuti. Per il sistema tradizionale composto da isolante e massetto cementizio il tempo impiegato a raggiungere la temperatura superficiale è senza dubbio maggiore.

Questo aspetto dovrà essere considerato nella progettazione della regolazione del sistema, per garantire le temperature desiderate durante tutta la giornata, ma soprattutto nell’ottica della possibilità di un impiego saltuario.

D’altra parte l’aspetto dell’inerzia risulta importante anche in fase di spegnimento dell’impianto: un sistema a bassa inerzia impiegherà meno tempo a raffreddarsi rispetto ad un sistema tradizionale.

In estrema sintesi, i sistemi a bassa inerzia termica oltre che offrire significative possibilità nelle ristrutturazioni a basso spessore, certamente offrono importanti prospettive nelle applicazioni con involucri a elevata coibentazione.

Tali sistemi si prestano, infatti, vista la velocità di reazione, a sfruttare al meglio gli apporti gratuiti senza rischi di sovratemperature ambiente.

L’effetto della tecnologia del bilanciamento dinamico nei sistemi a basso spessore

La frontiera di sviluppo, nell’ottica del potenziamento del risparmio energetico, vede i sistemi a basso spessore non procedere soli ma sicuramente in accoppiamento con sistemi di bilanciamento dinamico della portata.

È infatti dal sovrapporsi dell’effetto della bassa inerzia termica e del controllo dinamico della portata che si ottengono i migliori effetti.

Il bilanciamento dinamico della portata ha sicuramento un potenziale impatto energetico importante e tante volte sottovalutato e trascurato.

Il tema è rendere il bilanciamento fruibile e facile da applicare in applicazioni nuove ed esistenti.

Un impianto con collettori con bilanciamento dinamico Giacomini serie DB è in grado di mantenere la portata sempre bilanciata per tutti i circuiti dell’impianto, contribuendo così alla riduzione delle sovraportate e, di conseguenza, ad un apprezzabile risparmio energetico.

Ingombri e applicazioni sono quelle di un collettore standard ma il vitone brevettato installato in ciascun circuito svolge diverse funzioni:

• regolazione di portata: al variare della pressione, a causa dell’apertura o chiusura di alcuni circuiti, la membrana della cartuccia del vitone interviene variando la sua sezione di passaggio e adattando la portata al valore preimpostato, anche in presenza di pressioni differenziali elevate: funzionamento fino a 60 kPa per le versioni Low Flow; funzionamento fino a 150 kPa per quelle High Flow;
• preregolazione della portata: è possibile impostare per ogni singolo circuito la portata massima di progetto che dovrà essere mantenuta costante;

ottimizzazione della temperatura ambiente: l'abbinamento a teste elettrotermiche e termostati ambiente permette di ottimizzare la gestione della temperatura nei vari ambienti.

Per ottenere una quantificazione numerica del risparmio energetico sono stati realizzati vari studi ed in particolare facciamo riferimento a quello realizzato prof. Stefano P. CORGNATI Ordinario di Fisica Tecnica del Dipartimento Energia del Poiltecnico di Torino dal titolo:

“POTENZIALITÀ DI RISPARMIO ENERGETICO LEGATE ALL’UTILIZZO DEL COLLETTORE CON BILANCIAMENTO DINAMICO DELLA PORTATA “.

Lo studio si esplicita attraverso l’ideazione e lo sviluppo di un modello analitico-numerico applicato a due casi esemplari, indicati come “individuale” e “collettivo”. Il caso “individuale” esamina la situazione tipica degli effetti propri ed interni ad una singola unità abitativa, caso che può manifestarsi con una villetta o un appartamento con impianto autonomo.

Viceversa, il caso “collettivo” esamina la situazione tipica di edifici residenziali collettivi/multi-famigliari (i condomini, a titolo di esempio) con impianto centralizzato dove il risparmio energetico è legato alle dinamiche indotte dal comportamento energetico delle singole unità.

Nell’ambito del modello di simulazione suddetto l’azione del bilanciamento dinamico risulta di impatto concreto nell’eliminare le sovraportate che inducono sovraconsumi e ribaltando il punto di osservazione, questo sovra-consumo corrisponde al RISPARMIO ENERGETICO ottenibile attraverso l’utilizzo del collettore con “bilanciamento dinamico della portata”.

Relativamente ai due casi esaminati e con riferimento a condizioni al contorno di calcolo (input e parametri caratteristici del modello) abbiamo che:

• il caso “individuale”, esemplificativo del risparmio energetico di unità abitative con impianto di riscaldamento autonomo, ha evidenziato un risparmio sui consumi energetici per il riscaldamento fino al 12%;
• il caso “collettivo”, esemplificativo del risparmio energetico di edifici multi-famigliari con impianto di riscaldamento centralizzato, ha evidenziato un risparmio sui consumi energetici per il riscaldamento fino al 25%.

I risparmi conseguiti sono importanti e sanciscono in maniera chiara il perfetto matrimonio applicativo di radianti a basso spessore e sistemi di bilanciamento.

Questo accoppiamento non solo è solido a livello teorico, ma va anche a braccetto con una semplicità applicativa che rende i prodotti idonei ad un utilizzo facile, flessibile e massivo: offre, quindi, importanti soluzioni per la diffusione matura ed efficace di sistemi radianti ad alto risparmio energetico.