Impianto a radiatori in bassa temperatura

Quando ci accingiamo ad installare un impianto di riscaldamento, generalmente si opta, per un impianto di riscaldamento a pavimento.

Esistono ancora alcune resistenze e diffidenze verso questo tipo di impianto, ma oramai tutto sommato, sono pochi gli scettici verso questo tipo di tecnologia.

E' da ricordare comunque, che anche con i radiatori è possibile avere un impianto a bassa temperatura, in modo da avere benessere in ambiente, e nello stesso tempo, garantendo risparmio energetico, e il possibile sfruttamento di energie alternative: solare termico, geotermia, aerotermia ecc.....

Rispetto agli impianti a pavimento i radiatori in acciaio ha una minore inerzia termica che permette loro di adattarsi più velocemente alle mutevoli condizioni dell'ambiente evitando così inutili sprechi di energia.

Al diminuire della temperatura dell'acqua all'interno dei radiatori si osserva una variazione della distribuzione delle temperature del locale, con un netto calo della stratificazione, il gradiente delle temperature si riduce e la temperatura all'altezza degli occupanti è pressochè costante. Ciò significa ridurre la temperatura media del locale a parità di temperatura percepita dall'occupante.

La temperatura più alta nella parte superiore del locale determina una perdita, un consumo superfluo. Questo perdità negli impianti a radiatori è molto inferiore rispetto a quella che patiscono i sistemi a pavimento per effetto delle dispersioni verso il basso.

I radiatori sono più flessibili: possono essere regolati, accesi, spenti in modo molto rapido adattandosi alle condizioni dell'ambiente (ad esempio basti pensare ad apporti termici dovuti ad elettrodomestici, perdite dovute all'apertura di una finestra, cambi climatici repentini in primavera e autunno, ecc..)

La bassa inerzia termica dei radiatori rispetto agli impianti a pavimento ne determina la loro migliore efficacia in caso di impiego non continuativo... e non esiste una casa dove gli occupanti siano presenti in qualsiasi fascia oraria e in cui questi necessitino di una temperatura costante per tutte le 24 ore!

Inutili consumi dovuti alla scarsa adattabilità dell'impianto a pavimento fanno sì che sia ecomomicamente svantaggioso, oltre che nei costi iniziali, anche durante il normale utilizzo.

Tutti i vantaggi legati all'impianto a pavimento sono in realtà derivanti dalla bassa temperatura di funzionamento: gli stessi vantaggi, senza le conseguenze negative, sono ottenibili con impianti a radiatori. Dai sistemi tradizionali all’impiego a bassa temperatura.Installando i radiatori sotto finestra si intercettano le correnti fredde che ne discendono e ciò, ovviamente, non è fattibile negli impianti a pavimento.

All’inizio degli anni 90, con lo scopo di aumentare l’efficienza e ridurre i consumi, nei paesi dell’Europa occidentale si è assistito ad un cambiamento del regime delle temperature dei sistemi di riscaldamento. Le temperature di progetto sono state abbassate, sia come riferimento normativo sia come applicazione pratica, passando da temperature medie dell’acqua di 80 °C (90°C di mandata e 70 °C di ritorno)  a temperature medie di 70 °C (75°C/65°C).

Recentemente il trend di riduzione della temperatura dell’acqua nei sistemi di riscaldamento è proseguito sulla spinta della sempre più elevata diffusione di sistemi di generazione del calore a bassa temperatura, ad esempio con l’introduzione delle caldaie a condensazione, delle pompe di calore o dei pannelli solari, tutti sistemi che mirano al risparmio energetico ed alla riduzione delle emissioni inquinanti. E’ sempre più frequente il ricorso a temperatura medie dell’acqua per il riscaldamento dell’ordine dei 50°C o meno.

Si leggono molte informazioni in merito ai sistemi di generazione dell’acqua a bassa temperatura, molto poche e spesso distorte sono invece le informazioni sui sistemi di emissione del calore in queste condizioni. Ad esempio è molto diffusa la convinzione che i normali radiatori (termosifoni nel gergo più comune) non siano adatti a funzionare a bassa temperatura, convinzione assai poco fondata, come nel resto dell’articolo verrà illustrato.

La quantità di calore richiesta per mantenere caldo un locale dipende esclusivamente dalle sue caratteristiche costruttive cioè dal suo grado di isolamento rispetto all’esterno od ai locali ad esso confinanti, questa quantità di calore è la stessa qualunque sistema di emissione si decida di installare.

Compito del sistema di emissione è quello di trasmettere all’ambiente il calore di cui esso necessita, nei tempi e nelle quantità richieste. La differenza tra un sistema di emissione ed un altro si limita alle modalità ed ai tempi con cui il calore viene fornito; un sistema è tanto più adatto allo scopo tanto più sono ridotti gli sprechi e tanto più le condizioni dell’ambiente sono mantenute nell’intorno dei valori impostati dall’utente.

Una volta fatta la scelta del sistema di generazione del calore e fissate le temperature di progetto per il miglior funzionamento dell’impianto, anche la scelta del sistema di emissione deve trovare motivazioni tecniche valide e documentabili in termini di efficienza complessiva del sistema, di costi di gestione e costi d’impianto in modo da offrire all’acquirente tutte le corrette argomentazioni che lo portino ad una scelta che si confà alle sue aspettative.

Il radiatore, al pari di altri sistemi di emissione del calore, costituisce il terminale finale per la cessione del calore all’ambiente, calore che è generato solitamente da una caldaia e trasferito lungo delle tubazioni; l’intero sistema è poi gestito da sistemi di regolazione quali termostati ambiente, valvole termostatiche, sonde di temperatura interne od esterne alla caldaia.

Fatta la dovuta premessa e nell’ipotesi che si sia adottato in sistema a bassa temperatura, ad esempio mediante l’impiego di una caldaia a condensazione, vediamo perché e come un impianto a radiatori è perfettamente compatibile con questa scelta, anzi è una tra le migliori applicazioni possibili.

Per prima cosa va fatta una distinzione tra impianti esistenti e nuovi impianti. 
Nell’esistente la quasi totalità degli impianti è a radiatori e la conversione verso la bassa temperatura richiede un adeguamento del radiatore, con un incremento delle sue dimensioni in modo da supplire al calo di potenza derivante dall’adozione di acqua meno calda. In questi casi è bene verificare se e quanto i radiatori installati siano già sovradimensionati rispetto alle reali esigenze, in modo da non eccedere inutilmente nella loro maggiorazione. Molti dei radiatori installati sono del tipo modulare e sono facilmente ampliabili.

Se poi l’edificio viene adeguato in termini di isolamento, cosa che consente il ricorso alle detrazioni del 55% previste dalla Legge Finanziaria, non sarà nemmeno necessario aumentare le dimensioni dei radiatori.

E’ anche possibile impiegare caldaie a condensazione senza dover modificare le dimensioni dei radiatori, ad esempio riducendo la portata e favorendo un maggior salto termico all’interno dei corpi scaldanti in modo da ottenere temperature di ritorno in caldaia sufficientemente basse da garantire la condensazione (sotto i 50°C), ricordiamo che è proprio la temperatura di ritorno che è fondamentale per la condensazione, la temperatura di mandata può essere anche elevata. L’impiego di pompe modulanti in alcuni casi può facilitare questo tipo di applicazioni.

Si nota come l’impiego di un sistema a radiatori a bassa temperatura con caldaia a condensazione  e valvole termostatiche porta ad una riduzione dei consumi del 53% rispetto ad un sistema con caldaia di tipo tradizionale ad alta temperatura.

Se negli edifici esistenti la scelta è vincolata, nei nuovi edifici è, o dovrebbe essere, il progettista a consigliare nel miglior modo il committente per orientarlo tra le alternative che il mercato propone. Non esiste infatti un unico sistema che rappresenti la miglior soluzione sempre e comunque, come diverse sono le motivazioni che portano all’adozione di un determinato sistema, che possono essere di carattere tecnico, estetico o semplicemente di moda.

Entriamo ora nel dettaglio analizzando il comportamento dei radiatori nel funzionamento a bassa temperatura, invitando il lettore ad accantonare sin da ora l’errato preconcetto che la bassa temperatura sia prerogativa solo di alcuni sistemi, come ad esempio (per essere i più noti) gli impianti a pavimento.

Gli aspetti da analizzare sono la distribuzione spaziale delle temperature del locale riscaldato, il comfort, l’economia di esercizio, l’aspetto economico dell’installazione, l’impatto ambientale, la flessibilità d’impiego.

Quando parliamo di bassa temperatura indichiamo valori medi dell’acqua  attorno ai 50 °C, nel caso di caldaie a condensazione il valore medio può anche essere più elevato, purché la temperatura di ritorno sia tale da consentire la condensazione. Ciò significa che i radiatori lavorano a ΔT = 40 K o  ΔT = 30 K, dove per ΔT si intende la differenza tra temperatura media del radiatore e temperatura ambiente, solitamente assunta pari a 20 °C.

Al diminuire della temperatura dell’acqua all’interno dei radiatori si osserva una variazione della distribuzione delle temperature nel locale, con un netto calo della stratificazione, il gradiente di temperature si riduce e la temperatura all’altezza degli occupanti è pressoché costante.

Nei radiatori funzionanti a bassa temperatura il gradiente termico è assai limitato, non si discosta di molto dalle distribuzioni tipiche di altri sistemi di emissione, contrariamente a quanto spesso viene riportato da più parti. Passando da temperatura media dell’acqua di 70 °C (ΔT = 50 K) a temperatura media di 50 °C  (ΔT = 30 K) il gradiente termico si riduce di  0,5°C, ciò significa ridurre la temperatura media del locale a parità di temperatura percepita dall’occupante, con conseguente risparmio sui consumi. La temperatura si mantiene molto prossima al valore che l’utente richiede.
Il leggero aumento della temperatura nella parte più alta del locale determinerà una perdita rispetto alla situazione ottimale, perdita molto inferiore a quella che patiscono i sistemi di riscaldamento a pavimento per effetto delle dispersioni verso il basso.

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Per favorire al meglio l’omogeneità delle temperature nel locale si consiglia, dove possibile, di installare i radiatori sotto finestra, il risparmio che ne consegue è circa del 5%, senza contare che si intercettano le correnti fredde che discendono dalla finestra, cosa che con altri sistemi non è possibile fare.

La riduzione del gradiente termico e le basse temperature dell’acqua comportano una riduzione dei moti convettivi; il trascinamento delle polveri presenti in ambiente non è diverso da quello che si ha negli impianti a pavimento, non si ha formazione di baffi neri alle pareti, baffi la cui origine era diretta conseguenza della carbonizzazione delle polveri che venivano in contatto con corpi ad alta temperatura.
Tutto ciò si traduce in un termine molto comune, che è quello del comfort, che ripetiamo non è legato al tipo di sistema impiegato per trasmettere calore: se progettati e usati nel modo corretto sistemi diversi permettono di ottenere lo stesso grado di comfort.

Alla possibilità di funzionare perfettamente a bassa temperatura i radiatori uniscono anche un grado di flessibilità nell’utilizzo che non trova riscontro in altri sistemi: in particolare i radiatori possono essere regolati, accesi e spenti in modo molto rapido,  adattandosi ad ogni condizione climatica, anche a variazioni repentine della temperatura esterna, tipiche di alcuni periodi dell’anno quali l’autunno e la primavera o legate al mutare delle condizioni nell’arco della stessa giornata, che può presentare gradi di insolazione molto diversi, o ad apporti di calore provenienti da fonti interne quali gli elettrodomestici, lampade, piani di cottura, ecc.

Tecnicamente questo è tradotto con il termine tecnico di “inerzia termica”. Una bassa inerzia termica, come quella che caratterizza un sistema a radiatori, permette un rapido adattamento alle richieste di calore, evitando sprechi di combustibile e quindi inutili consumi, ma anche evitando sgradite variazioni interne di temperatura.

Immaginate infatti situazioni assai comuni come l’accensione di un forno in cucina, il calore del sole che penetra nella stanza, la presenza contemporanea di più persone nello stesso locale; se il sistema di riscaldamento non è in grado di adattarsi rapidamente alle mutate condizioni, la temperatura interna salirà oltre il valore impostato e desiderato, il comfort verrò meno e si sprecherà inutilmente del denaro per scaldare più del necessario.

Questa condizione sarà sempre più critica nelle nuove abitazioni, che per esigenze normative e di risparmio energetico (DLgs 192 del 19/08/05 e DLgs 311 del 29/12/06 applicazione della Direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico degli edifici) presentano elevati gradi di isolamento ed per le quali il fabbisogno energetico per il riscaldamento del singolo locale è molto inferiore a quanto fino ad ora è stato. Per il riscaldamento di un locale di medie dimensioni saranno sufficienti poche centinaia di Watt e quindi la presenza di apporti gratuiti avrà un peso elevato nell’economia dello scambio termico: l’accensione di una lampada, la presenza contemporanea di due o tre persone, andrà a coprire gran parte del fabbisogno e quindi il sistema di riscaldamento dovrà reagire in modo immediato, riducendo il suo contributo allo stretto necessario. Tutto ciò può essere garantito solo da sistemi a bassa inerzia termica, quali quelli a radiatori.

Un altro aspetto che richiama l’uso di sistemi a bassa inerzia termica è l’impiego non continuativo dell’abitazione. 

Una casa in cui gli occupanti sono presenti solo in determinate fasce orarie non necessita di mantenere una temperatura costante per tutte le 24 ore, pena un inutile aumento dei costi per il riscaldamento se il sistema non reagisce in modo immediato al cambio delle impostazioni richieste dell’utente.

E qui entra prepotentemente in gioco l’aspetto economico, che rappresenta forse la più grande mistificazione conosciuta sul mondo dei radiatori: infatti è diffusissima la convinzione che i sistemi a radiatori consumino più di altri sistemi, convinzione che nasce da informazioni di natura commerciale, sostenute da argomentazioni vaghe ed inesistenti, spesso basate su elucubrazioni teoriche alquanto diverse dalla pratica applicata.

La realtà è ben diversa, addirittura opposta.
Partiamo dalla considerazione che il sistema di riscaldamento deve coprire il fabbisogno, ed il fabbisogno è lo stesso per qualsiasi sistema in quanto determinato esclusivamente dall’isolamento termico.

Le differenze nei consumi, che vanno valutate nell’arco di un’intera stagione, possono quindi derivare solo dalla inadeguatezza del sistema a seguire le  impostazioni desiderate dall’utente, nella sua incapacità di sfruttare gli apporti gratuiti o da derive nei valori della temperatura impostata.
E’ evidente che un sistema a bassa inerzia termica a ciò meglio si adatta; se poi tale sistema è condotto a bassa temperatura è anche in grado, come precedentemente illustrato, di garantire condizioni di temperatura molto vicine a quelle impostate, tutto a vantaggio del contenimento dei consumi.
Studi effettuati nei paesi scandinavi, dove maggiormente sono diffusi sistemi di riscaldamento a pannelli ad alta inerzia perché teoricamente più adatti a climi in cui il freddo è presente continuativamente per lunghi periodi, dimostrano che i consumi di combustibile per questi sistemi sono più elevati del 15% rispetto a sistemi a radiatori.⁴⁾

Ovviamente nel bilancio costi benefici non può nemmeno essere tralasciato l’aspetto legato ai costi iniziali di realizzazione dell’impianto, che sono di gran lunga più contenuti nei sistemi a radiatori, con differenze che possono andare dal 20 al 40 %, non giustificabili dal punto di vista prestazionale.

Il dimensionamento dei radiatori

Come già accennato un corretto dimensionamento dei radiatori è alla base di ogni buon progetto del sistema di riscaldamento. Determinato il fabbisogno energetico dell’edificio, la temperatura di progetto, la posizione di installazione, il tipo di radiatore, è estremamente semplice determinare la dimensione del radiatore da installare: basta individuare il radiatore la cui potenza si avvicina maggiormente a quella richiesta.

Ricordiamo che per i radiatori la potenza termica è misurata in modo ben preciso in base alla norma europea EN 442-2, senza rischi di fraintendimenti o di dichiarazioni non veritiere, a beneficio di progettisti e utenti finali.

La dimensione del radiatore sarà quindi strettamente correlata al fabbisogno energetico ed alla temperatura media dell’acqua; laddove il fabbisogno energetico è basso si può operare con acqua a temperatura anche molto bassa, senza che le dimensioni del radiatore risultino particolarmente ingombranti.
Facciamo un esempio: supponiamo di dover riscaldare un locale di 20 m2 , zona climatica E, per mezzo di un radiatore ad elementi componibili, di interasse 600 mm e profondità di circa 100 mm. I cataloghi dei costruttori propongono varie altezze per ciascuna delle quali è riportata la potenza termica ad elemento a ΔT = 50 K e fattori correttivi che permettono di risalire alle potenze termiche per qualsiasi altro ΔT.

Se guardiamo a ciò che è uso nella pratica in una normale abitazione ci accorgiamo che in locali di queste dimensioni i radiatori vengono dimensionati per valori di potenza attorno ai 2000 W (valore che eccede il reale fabbisogno e le indicazioni derivanti dalla Legge 9 gennaio 91 n°10); se invece diamo una lettura ai limiti sul fabbisogno come richiesti dal DM 11 marzo 2008 attuativo della legge finanziaria 2008, possiamo verificare che un simile locale di nuova costruzione dovrà essere realizzato in modo che il fabbisogno sia di circa 600 W che diventano addirittura 490 W se ci riferiamo ai limiti che entreranno in vigore dal primo gennaio 2010.

Dai dati si nota come l’isolamento influisca in modo notevole sulle dimensioni dei radiatori da installare, a parità di salto termico.

Confrontiamo ora le dimensioni di un radiatore (numero di elementi da installare) nello stesso locale ma a ΔT diversi, secondo i fabbisogni previsti per le nuove abitazioni:

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Ciò che si evince da quanto esposto è che con gli isolamenti previsti nelle abitazioni di nuova costruzione o ristrutturate, gli ingombri dei radiatori, pur progettati per bassa temperatura, sono inferiori agli ingombri dei radiatori a cui fino ad ora siamo abituati.

Alcuni consigli

Per il miglior impiego dei radiatori poche semplici regole possono portare ad un elevato risparmio nei costi di gestione.
Ad esempio installare le valvole termostatiche sui radiatori consente una regolazione indipendente delle temperature, stanza per stanza, con risparmi fino al 15%. Dove possibile conviene installare i radiatori sotto finestra, magari facendo in modo che il radiatore abbia una larghezza più possibile simile a quella della finestra stessa. Dietro ogni radiatore posizionare un pannello riflettente e rispettare le distanze dalle pareti suggerite dal produttore.
Collegare il tubo di mandata in alto e quello di ritorno in basso, il collegamento basso-basso comporta una piccola riduzione di potenza.

Richiamo normativo

Nel maggio 2008 sono state pubblicate le prime due parti della norma UNI TS 11300 “Prestazioni energetiche degli edifici”  in applicazione nazionale della UNI EN ISO 13790:2008 ed in sostituzione delle UNI 10379:2005, UNI 10347:1993, UNI 10348:1993.

La parte 1  consente la determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale. La parte 2 consente la determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria.

La parte 2 contiene i valori standard dei rendimenti di emissione e di regolazione per diversi sistemi di emissione, radiatori e pannelli, l’analisi dei quali porta all’evidente conclusione che ogni sistema può raggiungere elevati valori di rendimento e quindi ridotti consumi, se progettato nel dovuto modo, la differenza sarà nei costi di realizzazione.

Per i radiatori messi in commercio la potenza termica dichiarata a catalogo è determinata mediante misurazione in laboratori terzi accreditati, come indicato dalla norma UNI EN 442-2, che specifica i dispositivi di laboratorio ed i metodi di prova da adottare, le tolleranze ammissibili, i criteri per selezionare i campioni per le prove e per verificare la conformità della normale produzione con i campioni sottoposti alla prova iniziale

Conclusioni

Il radiatore o termosifone che dir si voglia, si dimostra un prodotto particolarmente adatto al funzionamento a bassa temperatura ed ai vantaggi di comfort e risparmio energetico aggiunge una flessibilità nell’uso che altri sistemi non possono offrire, pur mantenendo contenuti i costi impiantistici. La bassa temperatura consente di sfruttare al massimo le caratteristiche dei radiatori, che si dimostrano adatti ad essere abbinati a caldaie a condensazione, pompe di calore e a tutte le fonti di energia rinnovabile.

Riferimenti

Fonte: Pouget Consultant – CETIAT
Fonte: CETIAT
Fonte : Passiv Haus Institut
Peter Roots, Carl Eric Hagentoft – Floor heating, heating demand – Building Physics 2002
Fonte: CETIAT

I radiatori nelle immagini sono di zehnder radiatori SA