Come si progetta un impianto di riscaldamento

COME SI PROGETTA UN IMPIANTO DI RISCALDAMENTO

Semplici indicazioni di carattere generale che possono essere di aiuto per chi intende vedere come si procede nella progettazione un impianto di riscaldamento dalla A alla Z.

L’impianto di riscaldamento (vedi normativa vigente) viene realizzato sulla base di un progetto redatto da un termotecnico (a meno di potenze inferiori ai 15 kW), tiene conto delle caratteristiche del sito, dall’esposizione, dalla zona climatica e dalle esigenze personali di ognuno.

Gli impianti di riscaldamento si dividono in due principali tipologie:

  • centralizzati
  • autonomi

In questa esposizione, verranno trattati in particolare gli impianti autonomi.

Un impianto di riscaldamento è quel complesso di elementi e di apparecchiature atte a mantenere in determinati ambienti valori della temperatura maggiori di quelli esterni.

Principali componenti di uno schema tipo per uso domestico:

Schema 1
  1. generatore di calore;
  2. pompa di circolazione;
  3. collettore distribuzione mandata acqua calda;
  4. collettore distribuzione ritorno acqua calda;
  5. elementi terminali;
  6. vaso di espansione;
  7. tubazioni mandata acqua calda;
  8. tubazioni ritorno acqua calda;
  9. quadro elettrico di potenza e comando.

Generatori di calore

I generatori di calore differiscono tra loro dalla fonte di energia con cui vengono alimentati

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Principali fonti di energia:

  • Il metano è quello più utilizzato dalla maggior parte delle famiglie italiane, per capillarità della distribuzione e per una spesa contenuta rispetto ad altri combustibili.
  • Il gas di petrolio liquefatto (GPL), è utilizzato maggiormente dove il metano non arriva. Non è per niente economico.
  • Il gasolio viene ancora utilizzato in alcuni casi particolari e anch’esso non è economico.
  • Pellet e legna, sempre più persone si stanno orientando verso questa fonte di energia che offre un risparmio di esercizio notevole anche se il loro utilizzo comporta lavoro aggiuntivo da parte dell’utilizzatore (ma volete mettere di come sia affascinante guardare la fiamma che arde?).
  • Pompe di calore (intese come condizionatore funzionante a ciclo inverso), sempre più usate e con costi di esercizio tra i più bassi tra le energie distribuite.

In questa trattazione non si approfondisce l’uso di pompe di calore in quanto, per lo stesso ambiente, la progettazione viene fatta in regime estivo che rimane valido anche per quello invernale. Si rimanda alla sezione: “Come progettare impianto di condizionamento aria”.

Nota: da considerare che il riscaldamento a pompa di calore pone dei limiti: ad abbassamento delle temperature esterne, corrisponde un calo della resa proporzionale (più fa freddo e meno la pompa di calore rende).

Il seguente programma analizza il costo di esercizio per ogni singolo tipo di energia usata rapportato alla potenzialità necessaria all’ambiente:

Nota: è consigliabile effettuare il calcolo della potenzialità del generatore di calore prima dell’utilizzo del programma.
Calcolo costo combustibile da riscaldamento

Per il calcolo della potenzialità del generatore di calore da installare in un ambiente, si rimanda al seguente programma:

Nella riga finale è indicato il valore in Watt che il generatore di calore deve fornire all’impianto (26.484 W = 26,5 kW).

Le elettropompe di circolazione

Sono necessarie per la circolazione dei fluidi all’interno del circuito idraulico.

Gli impianti a circolazione naturale (a termosifone) nei quali il movimento dell’acqua è causato dalle differenze di temperatura, non sono più utilizzati da anni.

Oggigiorno vengono utilizzati esclusivamente impianti a circolazione forzata che si effettua mediante elettropompe di circolazione dei fluidi.

Le pompe di circolazione assolvono la funzione di vincere le perdite di carico localizzate e ripartite. Quelle che noi prenderemo in considerazione, sono esclusivamente le pompe centrifughe.

Una pompa è caratterizzata da due parametri: portata e prevalenza che ne determinano la scelta.

La portata viene determinata dal fabbisogno termico (energetico) del sito e dal salto termico fra le temperature in ingresso e in uscita dell’acqua.

Mentre i circolatori (elettropompe di circolazione di piccole dimensioni) sono già inseriti in quasi tutte le caldaie per uso domestico, se è necessario fare un calcolo puntuale delle elettropompe, si può utilizzare il seguente programma:

Dimensionamento elettropompe

Da qui si ottengono i metri cubi orari che debbono circolare (in questo caso 2,3 mc/h) nel circuito per fornire i kW (termici) necessari e con il delta t (∆t 10) richiesto.

Aggiungendo il calcolo della prevalenza è possibile risalire alla potenza della pompa da installare.

Per il calcolo della prevalenza necessaria al circuito, vi si può risalire tramite il calcolo delle perdite di carico realizzate con i seguenti programmi (validi anche per il dimensionamento delle tubazioni):

Acciaio

Dimensionamento reti tubazioni acciaio

Rame

Dimensionamento reti tubazioni rame
Nota: nella somma delle perdite di carico localizzate, debbono essere riportate le perdite differenti da quelle delle tubazioni (caldaia, radiatore, termoconvettore, curve, ecc.). Nell’atto pratico, con velocità dell’acqua di circa 1,5 m/s e 3, il valore è di 335 mm c.a. ad unità).

Elementi terminali

Hanno il compito di fornire all’ambiente da riscaldare l’energia termica necessaria a soddisfare il carico termico.

Negli impianti di riscaldamento i tipi di elementi terminali sono:

  • radiatori;
  • ventilconvettori;
  • pannelli radianti.
  • aerotermi

Radiatori

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Gli elementi terminali più diffusi, sono i radiatori (anche detti: termosifoni). Sono alimentati nella maggior parte dei casi con acqua calda a temperatura di ingresso di circa 75÷85°C.

I radiatori scambiano calore principalmente per irraggiamento ed in misura minore per convezione.

Sono classificati in base al materiale con cui sono costruiti: ghisa, acciaio e alluminio.

Ventilconvettori (Fan coil)

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Sono costituiti da un carter metallico contenente una batteria alettata generalmente in rame-alluminio, un filtro e un ventilatore a più velocità. Il ventilconvettore può essere impiegato anche per il raffrescamento estivo.

Pannelli radianti

Pannelli radianti a pavimento

Realizzati con superfici molto estese che scambiano calore per irraggiamento.

I più comuni sono gli impianti a pavimento radiante, con tubazioni in materiale plastico poste al di sopra di uno strato di materiale isolante e ricoperte dal massetto e dal pavimento

Aerotermi

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Costituiti da batterie di tubi alettati che possono essere alimentati da acqua calda o da vapore. Vengono attraversati da flussi di aria mossi da ventilatori e hanno come caratteristiche il basso costo e la elevata rumorosità. Sono di elevate potenzialità ed adatti ad ambienti industriali.

Vaso espansione

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Nel circuito idraulico dell’impianto dell’acqua calda è necessario inserire il vaso di espansione. È un dispositivo che serve ad assorbire la variazione di volume dell’acqua causata dall’aumento di temperatura, e permette il corretto funzionamento di un impianto di riscaldamento in tutte le sue fasi operative evitando sovrapressioni che potrebbero danneggiare l’impianto stesso.

I vasi di espansione si suddividono in vasi aperti e a membrana.

Per il loro calcolo è necessario sapere quanto volume di acqua è presente nell’impianto. Si può calcolare accedendo al seguente programma:

Per il calcolo del vaso di espansione sia aperto che chiuso, accedere al seguente programma:

Tubazioni mandata e ritorno acqua calda

Sono generalmente realizzate in rame o acciaio

Il rame possiede una marcata manovrabilità e lavorabilità (piegatura a mano) e la possibilità di trovare in commercio anche tubi con diametri ridotti. Sono impiegati quasi esclusivamente laddove sono necessari piccoli diametri delle tubazioni (inferiori a 20 mm). La possibilità di adattare le tubazioni in rame alle esigenze dell’edificio consente una riduzione dei pezzi speciali. Se occorre, esistono raccordi in rame e bronzo che possono essere saldati al rame mediante brasatura.

Per le tubazioni di diametro superiore a 20 mm in genere si usa l’acciaio, per il quale risulta più agevole la realizzazione di pezzi speciali. Tra i diversi tipi di acciaio, quello senza saldature è da ritenersi il migliore a scopi impiantistici. Per curve, angoli e raccordi, sono in commercio appositi pezzi speciali da installarsi con filettatura o saldatura.

Il loro dimensionamento si effettua tramite i programmi già indicati in precedenza:

Dimensionamento reti tubazioni – acciaio

Dimensionamento reti tubazioni rame

Se poi si vuole anche calcolarne il peso. Il contenuto di acqua ed altri parametri, si rammenta che all’interno del sito www.itieffe.com  sono presenti programmi dedicati:

Quadro elettrico di potenza e comando

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Negli impianti di piccole dimensioni, viene sostituito da una presa con spina (o interruttore doppio) ed un termostato che regola la temperatura ambientale.

Conclusioni

Quindi ricapitoliamo, abbiamo:

  • dato uno sguardo alla normativa vigente;
  • osservato lo schema di un semplice impianto per appartamento;
  • confrontato i vari tipi di combustibili da riscaldamento tramite il programma: “Calcolo costo combustibile riscaldamento”;
  • con il programma “Fabbisogno termico e radiatori” realizzato i calcoli necessari a risalire alla potenzialità del generatore di calore e dei radiatori;
  • visto come si dimensionano le elettropompe di circolazione (Dimensionamento elettropompe);
  • dimensionato le tubazioni in rame o acciaio con i programmi “Dimensionamento tubazioni”. Con lo stesso programma si è calcolato la prevalenza necessaria al circuito per abbattere le perdite di carico;
  • comparato alcuni tra i tipi di terminali più utilizzati;
  • calcolato la quantità di acqua presente nel circuito con il programma: “Calcolo volume acqua impianto”;
  • eseguito il dimensionamento del vaso di espansione con il programma: “Calcolo volume vaso espansione”;
  • osservato le reti di distribuzione sempre considerando che per il loro dimensionamento sono stati usati i programmi: “Dimensionamento tubazioni
  • infine si è visto come la caldaia viene alimentata elettricamente e come si regola la temperatura inserendo un termostato in ambiente.

Tutte le indicazioni riportate in questo elaborato, possono essere di ausilio a termotecnici, tecnici installatori e termoidraulici ma soprattutto, sono pubblicate a scopo informativo per tutti coloro che intendono farsi realizzare un impianto di riscaldamento e avere prima una “infarinatura” della materia.

Buon lavoro a tutti

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