CENTRO STUDI GALILEO
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PRINCIPI DI BASE DEL
CONDIZIONAMENTO DELL'ARIA
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Impianti di condizionamento a pannelli radianti
Pierfrancesco Fantoni
Negli impianti visti fino ad ora la neutralizzazione dei carichi sensibili, sia positivi che negativi, avveniva grazie al riscaldamento o al raffreddamento dell’aria che veniva convogliata a contatto con la superficie dello scambiatore. A sua volta tale superficie scambiava calore con l’acqua calda o fredda che fluiva all’interno dello scambiatore. Tale scambiatore risultava essere posizionato all’interno del ventilconvettore (impianti a fan coil) oppure del condizionatore (impianti ad induzione) della singola unità. Con questa modalità il calore viene trasferito per conduzione attraverso le pareti dello scambiatore e poi viene distribuito all’interno della stanza grazie ai moti convettivi dell’aria ambiente anche grazie all’ausilio dei ventilatori presenti nei ventilconvettori e condizionatori stessi.
In maniera alternativa si può pensare di distribuire il calore grazie ai fenomeni di irraggiamento che, se realizzati opportunamente, risultano essere molto efficienti. Nei fenomeni di irraggiamento la quantità di calore scambiata cresce molto velocemente anche con piccoli incrementi della differenza di temperatura dei due corpi che partecipano allo scambio, ragione per cui risulta essere più agevole il riscaldamento o il raffreddamento dell’aria rispetto alle altre modalità di trasmissione del calore. In particolare, dal punto di vista energetico, si ottiene un notevole vantaggio dal poter lavorare con temperature dell’acqua fredda non eccessivamente basse o temperature dell’acqua calda non eccessivamente elevate.
Gli impianti a pannelli radianti, oltre ad offrire vantaggi dal punto di vista energetico, sono particolarmente indicati nei casi in cui si vuole installare un sistema di condizionamento ad acqua senza dover intervenire invasivamente sulle strutture murarie. Per tale ragione sono impiegati nei casi di ristrutturazione degli edifici o in quei casi in cui non è possibile, per ragioni architettoniche, eseguire lavori sulle murature esistenti. Ad esempio, nel caso dell’installazione a soffitto i pannelli vengono ancorati al soffitto esistente e poi coperti da un controsoffitto che ne cela la visibilità. Esistono anche soluzioni in cartongesso antincendio (vedi figura 1, tratto da manuale INEST) che vengono prefabbricate e sono così pronte per essere posate direttamente nel luogo desiderato. In questo caso il sistema di pannelli viene alloggiato all’interno del sandwich prefabbricato e predisposto per i collegamenti idraulici rapidi con altri elementi modulari oppure con la rete di distribuzione dell’acqua calda o fredda. La figura 2 mostra una vista dall’alto di un sistema modulare di pannelli radianti: si notano le due tubazioni di adduzione dell’acqua ed i rispettivi collegamenti di mandata e di ritorno per ogni pannello.
Inoltre si deve ricordare che lo scambio di calore per irraggiamento non richiede lo spostamento di masse d’aria per il trasporto del calore, come avviene invece nella convezione. In questo modo si ha una maggiore staticità dell’aria all’interno dell’ambiente e quindi un minor trasporto di polveri. In regime di riscaldamento invernale l’aria, subendo un minor riscaldamento diretto, non tende a seccarsi troppo e quindi non richiede di adottare accorgimenti per la sua continua umidificazione.
Normalmente il corpo umano privilegia lo scambio termico per irraggiamento, piuttosto che quello per convezione o conduzione, per raggiungere una situazione di benessere termico. I sistemi a pannelli radianti privilegiano tale sistema, interagendo direttamente con il corpo umano, al contrario dei sistemi a convezione che tendono a scaldare/raffreddare direttamente l’aria che a sua volta interagisce con il corpo umano.
Un elemento fondamentale per la trasmissione del calore è la capacità della tubazione che costituisce il sistema radiante di portarsi ad una temperatura molto prossima a quella dell’acqua che scorre al suo interno. Maggiore è tale approssimazione maggiore è la capacità della tubazione di scambiare calore. Tale capacità è ovviamente funzione del tipo di materiale che costituisce la tubazione. Per la realizzazione delle tubazioni è possibile avvalersi di diverse alternative: tra le più usate vi sono quelle in polietilene, polibutilene e polipropilene. Tali materiali plastici godono della caratteristica di poter essere posati con molta versatilità geometrica, data la loro flessibilità e leggerezza. Tuttavia dal punto di vista termico le loro caratteristiche non sono eccelse, possedendo una conduttività termica abbastanza limitata. Da quest’ultimo punto di vista risultano essere molto migliori i materiali metallici quali l’acciaio (ormai poco usato) ed il rame. Quest’ultimo gode di una elevatissima conduttività rispetto ai materiali plastici e delle caratteristiche meccaniche che lo rendono molto adatto ad essere posato all’interno delle solette in cemento. L’impiego del rame permette di ottenere elevate efficienze, anche se i costi iniziali dell’impianto sono notevolmente superiori a quelli degli impianti costituiti da tubazioni in plastica.
Inoltre, per poter offrire un apprezzabile benessere, gli impianti a pannelli radianti vanno progettati con accuratezza soprattutto per quanto riguarda le temperature di esercizio dell’acqua. Infatti, se le temperature di lavoro dell’impianto si discostano anche di soli pochi gradi dal loro valore ottimale è possibile che gli occupanti il locale provino uno stato di discomfort. In particolare per i pannelli radianti a soffitto, nel caso del riscaldamento invernale, vanno attentamente verificate le temperature percepite dagli occupanti a livello della testa, in quanto valori troppo elevati portano alla creazione di forti stati di disagio.
La peculiarità di questi sistemi è quella di lavorare con temperature dell’acqua né troppo elevate né troppo basse durante la stagione fredda e quella calda. Dato che lo scambio di calore per irraggiamento sale esponenzialmente anche con piccoli incrementi di temperatura, la filosofia di questi sistemi è quella di lavorare con differenziali di temperature dell’acqua modesti rispetto alla temperatura che si desidera ottenere nell’ambiente. Così, d’estate, l’acqua che circola nei pannelli radianti non raggiunge le basse temperature tipiche degli impianti idronici, ma si attesta su valori medi di 17-18 °C, consentendo notevoli risparmi dal punto di vista energetico. D’inverno, allo stesso modo la temperatura media dell’acqua si attesta attorno ai 35-40°C, ben al di sotto dei valori tipici che caratterizzano i tradizionali impianti di riscaldamento. In molti casi per ottenere temperature di tale valore ci si può avvalere anche di un impianto a pannelli solari, avendo come risultato un considerevole risparmio sul costo dell’energia.
Figura 1
Figura 2