Tecnologie, normative e applicazioni di sistemi radianti nelle riqualificazioni

Un articolo quadro che analizza quelli che sono i sistemi radianti idronici maggiormente utilizzati nell'ambito della riqualificazione, la normativa di riferimento e i criteri di dimensionamento di un impianto radiante.

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La riqualificazione energetica degli edifici con i sistemi radianti

Il tema delle riqualificazioni energetiche ha visto grande attenzione da parte dei progettisti, installatori e aziende nel 2020, anche grazie al potenziamento delle detrazioni fiscali per interventi di questo tipo.

Per riqualificazione energetica dell'edificio si intende tutte le operazioni - di involucro, di impianto e gestionali - che puntano al raggiungimento di una migliore qualità della costruzione, sia sotto il profilo dei consumi, che sotto il profilo della qualità degli ambienti interni.

Molteplici sono gli interventi di riqualificazione energetica che si possono applicare agli edifici esistenti; questi variano in funzione della qualità e delle caratteristiche dell’edificio prima degli interventi e del livello di migliorie che si vuole apportare.

Indipendentemente dalla tipologia di intervento - sull'involucro, sugli impianti o su entrambi - le riqualificazioni presentano obiettivi comuni quali:

  • aumento del comfort termo-igrometrico;
  • aumento della qualità degli ambienti interni (sotto il profilo della qualità acustica, illuminotecnica e di comfort);
  • riduzione il consumo di energia;
  • riduzione delle emissioni di inquinanti e del relativo impatto sull'ambiente;
  • utilizzo razionale delle risorse, attraverso lo sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili in sostituzione dei combustibili fossili;
  • ottimizzazione della gestione dei servizi energetici attraverso sistemi di termoregolazione contabilizzazione del calore;
  • semplificazione dell'uso, della regolazione e sensibilizzazione degli occupanti sui propri consumi.

Alcune delle tecnologie disponibili sul mercato sono ormai consolidate e rappresentate da interventi standard, altre tecnologie invece sono nuove e sempre in continua evoluzione. I sistemi radianti sono una tecnologia consolidata che presenta però aspetti innovativi e sempre al passo con le evoluzioni tecnologiche nell’ambito dei sistemi di emissione (pavimenti, soffitti e pareti radianti), nell’ambito dei sistemi di regolazione e nell’ambito dei sistemi di trattamento dell’aria.

Soluzioni e tecnologie radianti per le riqualificazioni

I sistemi radianti idronici (ovvero con fluido termovettore acqua) sono composti da tubazioni annegate nelle strutture normalmente isolate dai locali attigui. Nelle tubazioni circola acqua a bassa temperatura in riscaldamento (circa 30/35°C) e alta in raffrescamento (circa 18°C). Si integrano e abbinano perfettamente con sistemi di generazione ad elevata efficienza, o con fonti rinnovabili.

I sistemi radianti presentano molteplici vantaggi, tra questi la possibilità di installazione in edifici con diverse destinazioni d’uso come ad esempio edifici residenziali, uffici, musei, luoghi di culto e gli edifici industriali. Sono particolarmente adatti per le riqualificazioni. I sistemi radianti si differenziano in sistemi per il solo riscaldamento e impianti che possono funzionare anche in regime di raffrescamento e che possono essere integrati con sistemi di deumidificazione e di trattamento dell’aria. Obiettivo di quest’ultimi è la grande attenzione al controllo dell’umidità relativa interna.

Le diverse tipologie di sistemi radianti per le riqualificazioni sono riportate di seguito in figura.

sistemi-radianti-per-riqualificazione.jpgTipologie di sistemi radianti per le riqualificazioni

Sistemi radianti a pavimento per le riqualificazioni

I sistemi radianti a pavimento scelti per le riqualificazioni sono quelli a basso spessore e bassa inerzia. Tali sistemi sono stati sviluppati appositamente per le ristrutturazioni, o per altri interventi, dove vi sono limiti nelle altezze disponibili. Le caratteristiche dei sistemi a basso spessore molteplici e dipendono dalla stratigrafia del sistema e dalle esigenze di progetto e della committenza.

Due principali caratteristiche accomunano tutti i sistemi:

  • Ridotto spessore rispetto ai sistemi radianti tradizionali (somma di isolante, se presente + strato di supporto + pavimentazione);
  • Bassa inerzia, ovvero tempo per il raggiungimento della temperatura superficiale desiderata e della temperatura dell’aria in ambiente e, parallelamente velocità di riduzione della temperatura dopo lo spegnimento.

Alcuni sistemi presentano caratteristiche aggiuntive quali:

  • Possibilità di applicazione sulla pavimentazione esistente senza demolizioni;
  • Velocità di posa (per sistemi a secco);
  • Peso ridotto;
  • Velocità di utilizzo subito dopo aver posato.

Le tipologie di sistemi radianti per le riqualificazioni sono schematizzate di seguito. Alcune di queste, ovvero le più installate, sono descritte nella nuova edizione della norma UNI EN 1264, che verrà pubblicata nel 2021.

sistemi-radianti_tipologie-con-isolante.jpgSistemi radianti a pavimento per le riqualificazioni con isolante (anche sottile)

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Sistemi radianti a pavimento per le riqualificazioni senza isolante

Sistemi radianti a soffitto per le riqualificazioni

I sistemi radianti a soffitto sono sempre più utilizzati negli edifici residenziali e negli uffici: garantiscono un alto livello di comfort e la perfetta integrazione nelle strutture da riqualificare. Tra le tipologie disponibili sul mercato i più diffusi sono i sistemi a controsoffitto, composti da una struttura metallica di sostegno e da pannelli con serpentine nelle quali circola acqua riscaldata o raffrescata. Nei controsoffitti radianti, viene utilizzata l’intercapedine come vano tecnico per i sistemi di illuminazione, allarme, ventilazione ecc.

Uno dei vantaggi consiste nella possibilità di utilizzare una superficie che a differenza del pavimento non viene occupata da elementi di arredo. Esempio di edifici nei quali possono essere installati tali sistemi sono il residenziale, gli uffici, gli edifici industriali, le strutture alberghiere e ospedaliere.

I vantaggi derivanti dall'uso di sistemi radianti sono numerosi. Il corpo umano, infatti, è predisposto per lo scambio termico radiante: è in grado di scambiare fino al 50% del proprio calore per irraggiamento. I sistemi radianti sono il miglior veicolo per lo scambio termico sia in raffrescamento che in riscaldamento.

L'impiego della tecnologia radiante nella climatizzazione contribuisce a realizzare un risparmio energetico, che aumenta ulteriormente con l'adozione di sistemi di generazioni efficienti e fonti rinnovabili.

I vantaggi dell’utilizzo di sistemi radianti a soffitto per le riqualificazioni sono elencati di seguito:

  • elevato comfort, rapidità di esercizio (bassa inerzia)
  • ottimo risultato estetico (perfetta integrazione)
  • riduzione dei tempi di cantiere
  • riduzione dei costi di demolizione di pavimentazioni ecc.
  • riduzione dei costi di ripristino delle strutture in caso di variazione di quota del pavimento (taglio porte, ecc.)
  • per edifici storici con soffitti di grande altezza: riduzione del volume di aria da climatizzare.

Norme di prodotto e norme di sistema

La suddivisione tra norme di prodotto e norme di sistema ha confini non chiaramente definiti. A livello di concetto le norme di prodotto dovrebbero definire i requisiti e le prestazioni dei sistemi radianti che i produttori devono seguire. Ad esempio, una norma di prodotto deve contenere le prescrizioni per le tubazioni dei sistemi radianti. Le norme di sistema invece, dovrebbero essere utilizzate dai progettisti per la realizzazione dei calcoli e del dimensionamento, ovvero dovrebbero contenere le prescrizioni per l’utilizzo di sistemi radianti negli edifici.

Questa suddivisione è oggi oggetto di discussione nei gruppi di lavoro WG8 (internazionale) e WG9 (Europeo), a causa della revisione delle principali norme di settore.

Le principali normative di prodotto sono elencate di seguito, insieme ad una breve descrizione dei contenuti.

UNI EN 1264. Sistemi radianti alimentati ad acqua per il riscaldamento e il raffrescamento integrati nelle strutture. La norma è disponibile in inglese ed è composta da 5 parti:

  • Parte 1: Definizioni e simboli (2011)
  • Parte 2: Riscaldamento a pavimento: metodi per la determinazione della potenza termica mediante metodi di calcolo e prove (2013)
  • Parte 3: Dimensionamento (2009)
  • Parte 4: Installazione (2009)
  • Parte 5: Superfici per il riscaldamento e il raffrescamento integrate nei pavimenti, nei soffitti e nelle pareti - Determinazione della potenza termica (2009).

La norma è il principale riferimento per i sistemi radianti annegati (ovvero inseriti nelle strutture). I contenuti della norma riguardano la progettazione, l’installazione, le prove di laboratorio e le metodologie di calcolo della resa.

UNI EN 14037. Pannelli radianti sospesi a soffitto per riscaldamento e raffrescamento alimentati con acqua a temperatura minore di 120°C. La norma è disponibile in inglese ed è composta da 5 parti:

  • Parte 1: Pannelli radianti prefabbricati a soffitto per riscaldamento - Specifiche tecniche e requisiti (2016)
  • Parte 2: Pannelli radianti prefabbricati a soffitto per riscaldamento - Metodo di prova per determinare la potenza termica (2016)
  • Parte 3: Pannelli radianti prefabbricati a soffitto per riscaldamento - Determinazione della potenza termica nominale e valutazione della potenza termica radiante (2016)
  • Parte 4: Pannelli radianti prefabbricati a soffitto - Metodo di prova per determinare la potenza frigorifera (2016)
  • Parte 5: Soffitti per riscaldamento aperti o chiusi - Metodo di prova per determinare la potenza termica (2016)

La norma definisce le specifiche tecniche e i requisiti dei pannelli prefabbricati montati a soffitto con intercapedine d’aria tra la struttura e il corpo scaldante, alimentati con acqua a temperatura inferiore a 120°C. La norma definisce inoltre i dati generali aggiuntivi che il costruttore deve fornire agli operatori del settore per assicurare la corretta applicazione dei prodotti.

UNI EN 14240. Ventilazione degli edifici - Soffitti freddi - Prove e valutazione (rating)

La norma specifica le condizioni e i metodi di prova per determinare la potenza frigorifera dei soffitti radianti in raffrescamento.

Le principali normative di sistema sono elencate di seguito, insieme ad una breve descrizione dei contenuti.

UNI EN ISO 11855 (2015). Progettazione dell'ambiente costruito - Progettazione, dimensionamento, installazione e controllo dei sistemi di riscaldamento e raffreddamento radianti integrati. La norma è disponibile in inglese ed è composta da 5 parti:

  • Parte 1: Definizioni, simboli e criteri di benessere
  • Parte 2: Determinazione della potenza di riscaldamento e di raffrescamento di progetto
  • Parte 3: Progettazione e dimensionamento
  • Parte 4: Dimensionamento e calcolo della potenza dinamica di riscaldamento e raffrescamento dei sistemi termo-attivi dell'edificio (TABS)
  • Parte 5: Installazione
  • Parte 6: Regolazione (2018)
  • Parte 7: Input parameters for the energy calculation (2019).

La norma è in fase di revisione e la nuova versione verrà pubblicata a metà/fine 2021. Molti contenuti sono ad oggi ancora in fase di discussione

ISO 18566:2017. Building environment design – Design, test methods and control of hydronic radiant heating and cooling panel systems. La norma è disponibile in inglese ed è composta da 4 parti:

  • Part 1: Vocabulary, symbols, technical specifications and requirements (2017)
  • Part 2: Determination of heating and cooling capacity of ceiling mounted radiant panels (2017)
  • Part 3: Design of ceiling mounted radiant panels (2017)
  • Part 4: Control of ceiling mounted radiant heating and cooling panels (2017)
  • Part 6: Design, test methods and control of hydronic radiant heating and cooling panel systems Input parameters for the energy calculation (2019)

La norma ISO 18566 riguarda i pannelli radianti a soffitto, ovvero i sistemi composti da una parte attiva (elementi con tubazioni nelle quali circola acqua) e una intercapedine d’aria retrostante. La norma non verrà recepita a livello europeo e italiano, rimane comunque un riferimento applicabile anche in Italia per questa tipologia di sistemi. La parte 6 dal titolo “Input parameters for the energy calculation” è attualmente in fase di scrittura.

La norma UNI/TR 11619:2016 sulla classificazione dei sistemi radianti

A livello italiano è stata pubblicata nel 2016 la norma UNI/TR 11619:2016 dal titolo “Sistemi radianti a bassa temperatura - Classificazione energetica”. La norma descrive il calcolo dell’indice di efficienza definito RSEE (Radiant System Energy Efficiency), che rappresenta un indicatore complessivo che coinvolge la stratigrafia, i componenti del sistema radiante, le logiche di regolazione e gli ausiliari. Oggetto della classificazione sono i sistemi radianti a bassa differenza di temperatura a pavimento, soffitto e parete in riscaldamento invernale.

La determinazione dell’indice globale RSEE prevede il seguente iter:

  1. Valutazione dell’efficienza di emissione
  2. Valutazione dell’efficienza di regolazione
  3. Valutazione del bilanciamento e dell’efficienza dei circolatori
  4. Calcolo dell’indice di efficienza globale del sistema RSEE.

La norma UNI 11741:2019 sulla qualifica degli installatori di sistemi radianti

Il 21 marzo 2019 è stata pubblicata la norma UNI 11741:2019 dal titolo “Attività professionali non regolamentate - Installatori di sistemi radianti idronici a bassa differenza di temperatura - Requisiti di conoscenza, abilità e competenza”.

La norma definisce i requisiti di conoscenza, abilità e competenza per gli installatori di sistemi radianti a bassa differenza di temperatura (sistemi a pavimento, parete e soffitto installati in edifici civili, industriali e con altre destinazioni d'uso, nuovi e da riqualificare) abbinati a strategie di regolazione, sistemi di deumidificazione e controllo della qualità dell’aria ambiente, con funzionamento invernale ed estivo. La norma prevede due livelli di qualifica definiti, livello base e avanzato.

Altre normative contenenti prescrizioni sui sistemi radianti

Per i sistemi radianti a pavimento vi sono prescrizioni collegate alla posa delle pavimentazioni, in funzione dei materiali e della tipologia di posa:

  • UNI 11371:2017. Massetti per parquet e pavimentazioni di legno - Proprietà e caratteristiche prestazionali
  • UNI CEN/TS 15717:2008. Parquet - Linee guida generali per la posa in opera
  • UNI 11493-1:2016. Piastrellature ceramiche a pavimento e a parete - Parte 1: Istruzioni per la progettazione, l'installazione e la manutenzione
  • UNI 11515-1:2015. Rivestimenti resilienti e laminati per pavimentazioni - Parte 1: Istruzioni per la progettazione, la posa e la manutenzione
  • UNI 11322:2009. Rivestimenti lapidei per pavimentazioni - Istruzioni per la progettazione, la posa e la manutenzione

Le norme contengono indicazioni sulla posa della barriera al vapore (quando è necessaria e le sue caratteristiche), sullo spessore dei massetti e sulle modalità di messa in opera.

Per quanto riguarda i massetti il principale riferimento è la UNI EN 13813:2004 dal titolo “Massetti e materiali per massetti - Materiali per massetti - Proprietà e requisiti”.

La norma specifica i requisiti per i materiali per massetti da utilizzare nella costruzione di pavimentazioni in interni, ovvero anche quelli utilizzati in caso di pavimenti radianti, nonostante nel testo non vi sia uno specifico richiamo a questa applicazione.

Criteri progettuali per i sistemi radianti

La scelta e il dimensionamento di un sistema radiante dipendono dalla temperatura media dell’acqua all’interno delle tubazioni e dal limite di temperatura superficiale (come ad esempio 29°C per i sistemi radianti a pavimenti - zone nel quale si soggiorna).

Verificati i limiti di comfort o condensa della temperatura superficiale (in raffrescamento), occorre definire la tipologia di sistema radiante (passo tra i tubi, diametro, spessore e materiale di cui è composto il tubo) e la resistenza termica superficiale del rivestimento.

Per ogni locale poi si può calcolare il flusso specifico di progetto e selezionare l’ambiente con fabbisogno maggiore (da questo calcolo sono esclusi i bagni).

Scelto l’impianto e il passo dei tubi, la potenza termica di un pavimento riscaldante viene calcolata per ogni ambiente.

La lunghezza delle tubazioni, assieme al diametro delle stesse, deve essere scelta in modo da verificare le perdite di carico per circuito. Note le perdite lineari il progettista deve valutare la lunghezza totale di tubo per ciascun ambiente (j), come rapporto tra l’area attiva (Aattiva) e il passo tra i tubi Τ:

Ltotale,j = (Aattiva,j)/T                                                                                                  

Dividendo Ltotale,j per la lunghezza di ciascun circuito si ottiene il numero di circuiti per quell’ambiente.

Noti i circuiti il progettista dovrà individuare il sistema di derivazione dal circuito secondario, ossia decidere se distribuire l’acqua con un sistema a collettori o con ritorno inverso o con entrambi.

Per quanto riguarda la disposizione dei tubi vi sono diverse possibilità, ma generalmente riconducibili a distribuzioni a spirale che possono essere ad interasse fisso o variabile.

La norma UNI EN 1264, nell’allegato A propone le seguenti misure di passo dei tubi: 5 cm, 7.5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 22.5 cm. 30 cm, 37.5 cm e 45 cm. Tuttavia, la sempre più ampia disponibilità di tipologie e modelli sul mercato ha portato a passi anche diversi in funzione di specifiche necessità di produzione.

sistemi-radianti_layout-tubazioni.jpgPossibili layout delle tubazioni

La temperatura di mandata di progetto si calcolo, per l’ambiente che richiede la più alta potenza espressa in W/m2 (Ø*max).

Condizionamento chimico dell’acqua negli impianti termici

Il riferimento normativo nazionale sul tema del trattamento dell’acqua degli impianti termici è la norma UNI 8065:2019, aggiornata lo scorso anno. L’applicazione di una norma tecnica è in genere di carattere volontario. Tuttavia, vi sono casi in cui la mancata applicazione della norma può essere contestata: rinvio formale da parte di una norma cogente.

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