Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Impianti radianti a
pavimento negli edifici a
basso consumo energetico
Verona, 4 ottobre 2012
Prof. Michele De Carli
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Edifici a basso consumo, definizione:
Edifici a basso consumo, definizione:
Benché non esista una definizione precisa generalmente si
Benché non esista una definizione precisa, generalmente si intende una costruzione che presenta prestazioni energetiche migliori rispetto ai requisiti dettati da i h
i li i i
i
i i id
id
disposizioni vincolanti. 2
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Fattori comuni:
- minimizzazione
i i i
i
d
delle
ll perdite
dit per iinfiltrazione
filt i
- recupero di calore dalla ventilazione
- alte prestazioni di involucro
Obiettivo: ridurre il fabbisogno energetico per
riscaldamento e raffrescamento.
Le tipologie di impianti per ottenere gli obiettivi di
elevata efficienza energetica globale non sono
generalizzate.
generalizzate
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Normative in Italia
Non esiste una normativa nazionale italiana che
gli edifici a basso consumo energetico.
g
definisce g
Diverse regioni si sono dotate di strumenti locali per la
certificazione e la definizione di edifici a ridotto
consumo energetico.
Un esempio: CasaClima,
CasaClima LEED
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Consumi complessivi negli edifici residenziali in
Italia
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
L’Italia ha un clima
piuttosto
i tt t differenziato:
diff
i t
occorre tenere conto
non solo dell’aspetto
invernale (comunque
rilevante ai fini dei
consumi complessivi),
complessivi)
ma anche della
climatizzazione estiva
estiva.
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Sistemi impiantistici innovativi per gli edifici
residenziali
ƒ Abitazioni poco isolate: scarso vantaggio economico
+ irrilevante ammortamento di un sistema avanzato.
ƒ Abitazioni a basso consumo energetico:
> isolamento termico e < dispersioni per trasmissione
notevoli semplificazioni dell’impianto.
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Consumi complessivi negli edifici del terziario in Italia
I carichi interni giocano un ruolo importante:
Persone, apparecchiature = carico che nella stagione
i
invernale,
l iin presenza di edifici
difi i b
ben iisolati
l ti è spesso
quasi sufficiente, da solo, a riscaldare gli ambienti.
Necessità di raffrescare in estate + mezze stagioni.
Inoltre occorre considerare che anche in questi
ambienti i carichi p
preponderanti
p
sono relativi ai
consumi elettrici (illuminazione, PC, server, ecc.).
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
I sistemi radianti: a pavimento e soffitto
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
I sistemi radianti a parete
Strato isolante
Esterno
Ambiente Esterno
interno
Muratura
Strato con tubazioni
b i i
Strato con tubazioni
Strato isolante
Esterno
Muratura
Ambiente interno
Muratura
Aria
Ambiente Esterno
interno
Strato di finitura
Muratura
distanziale
Ambiente i
interno
Strato di finitura
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Componenti dei sistemi radianti
Zoccolino applicato alla parete e distaccato dal piano di
pavimentazione
Pavimento
Massetto (ripartizione carichi) + tubi
Isolante
M t i l resiliente*
Materiale
ili t *
Magrone (sabbia e cemento)
Solaio
Corretta applicazione dal punto di vista
acustico di un pavimento nel caso di
sistema radiante di tipo A.
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Normative di riferimento
UNI EN 14240: definisce i metodi di prova per soffitti
freddi
UNI EN 1264: definisce la metodologia di calcolo e di
prova per determinare la resa degli impianti radianti.
Tale norma definisce anche i criteri di dimensionamento
e installazione dei sistemi radianti convenzionali;
UNI EN 15377: definisce il metodo di valutazione della
resa e del dimensionamento di diverse tipologie di
impianto radiante.
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Sistemi di generazione abbinati a sistemi
radianti
La bassa temperatura del fluido che alimenta gli impianti radianti in
riscaldamento li rende particolarmente adatti ad essere abbinati a caldaie
a condensazione, pompe di calore, pannelli solari termici ed altre fonti di
calore alternative e sistemi di distribuzione del calore quali il
teleriscaldamento e il recupero di cascami di calore industriali anche a
bassa temperatura.
Pompa di calore
Integrazione con:
solare termico e fotovoltaico
‐ Utilizzano energia rinnovabile
Utilizzano energia rinnovabile
‐ Non richiedono la combustione delle fonti di energia fossile ‐ Non subiscono l’aumento dei prezzi energetici
‐ Funzionamento: riscaldamento + raffrescamento
Caldaia a condensazione
‐ Funzionamento: riscaldamento
Sistema di distribuzione:
Sistema radiante a pavimento/soffitto/parete
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
I vantaggi dei sistemi radianti negli edifici a
basso consumo
I moderni edifici a basso consumo energetico rappresentano la miglior condizione
per sfruttare al meglio le potenzialità di questi sistemi
sistemi.
A un primo sguardo sembrerebbe che, una volta isolato perfettamente l’edificio e
prevista anche una ventilazione meccanica controllata con recupero di calore,
l’impianto di riscaldamento possa essere superfluo e quindi si possa ricorrere a
p
economici, avendo già
g investito molto sulla parte
p
architettonica.
impianti
Tuttavia questo, oltre ad andare a discapito del comfort, può portare a consumi
maggiori di quelli prevedibili a priori, a causa della bassa efficienza del sistema di
riscaldamento nel suo complesso.
Gli impianti radianti ottemperano
a entrambi questi requisiti.
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Valutazione dell’effettivo risparmio energetico
conseguibile con un impianto radiante
CASO STUDIO
Edificio a basso consumo con un fabbisogno di energia netto pari a 26 kWh/(m2a).
1) Edificio climatizzato con un sistema a tutta aria con tasso di ventilazione paria a
0.5 vol/h.
2) Edificio climatizzato con un sistema a tutta aria con ricircolo (portata complessiva
pari a 1 vol/h).
vol/h)
3) Edificio con riscaldamento radiante a pavimento con ventilazione meccanica con
recupero di calore
l
parii all 75%
75%.
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Valutazione dell’effettivo risparmio energetico
conseguibile con un impianto radiante
Potenza termica specifica: 23 W/m2.
Per i casi in analisi sono state calcolate le temperature di mandata del fluido
termovettore:
1) Nel caso di sistema a tutta aria con 0,5 vol/h di ricambio sarebbe
ecessa a u
una
a temperatura
e pe a u a de
dell’aria
a a immessa
essa pa
paria
a tm = 79
9 °C.
C
necessaria
2) nel caso si utilizzi una portata di rinnovo pari a 0,5 vol/h e un’analoga
portata di ricircolo (complessivamente l’impianto
l impianto di ventilazione muove 1
vol/h), l’aria entrerebbe negli ambienti con una temperatura pari a tm = 54 °C.
3) nel caso di pa
pavimento
imento radiante idronico associato a una
na ventilazione
entila ione con
recupero di calore pari al 75% la temperatura di mandata sarà tm = 26 °C
circa.
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Valutazione dell’effettivo risparmio energetico
conseguibile con un impianto radiante
3) Sistema radiante + pompa di calore
La produzione dell’acqua ad una temperatura di 30°C può avvenire attraverso:
- Una pompa di calore elettrica aria-acqua in condizioni di progetto si ottiene un
COP = 3,5.
-Una pompa di calore geotermica in condizioni di progetto risulterebbe un
,
COP = 6,3.
Energia elettrica richiesta dal sistema:
- pompa di calore aria-aria: 8,1 kWhe/(m2 anno) = 17,8 kWhp/(m2 anno)
- pompa di calore geotermica: 4,5 kWhe/(m2 anno) = 9,9 kWhp/(m2 anno).
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Aspetti relativi alla regolazione
Il parametro che determina l’abbassamento
l abbassamento di temperatura nel momento di
spegnimento dell’impianto è la costante di tempo τ dell’edificio, che risulta pari a:
R: resistenza termica dell’involucro
C: capacità termica
termica.
Abbassamento di
t
temperatura
t
allo
ll
spegnimento di un
impianto a seconda
dell’isolamento di un
ambiente (a parità di
p
termica))
capacità
Dipartimento di
Ingegneria Industriale
Aspetti relativi alla regolazione
Potenze specifiche medie richieste dall’ambiente e temperature superficiali medie
nella stagione invernale in un edificio con fabbisogno energetico netto pari a 26
( 2 anno))
kWh/(m
La ridotta richiesta di energia termica nei mesi invernali porta a potenze medie
specifiche molto contenute e di conseguenza basse temperature superficiali.