EFFICIENZA ENERGETICA
Il riscaldamento degli ambienti rappresenta la maggiore domanda di energia presente nell’edificio. Per questa ragione è importante utilizzare una tipologia di impianto che massimizzi il rendimento e garantisca il comfort ambientale.
Tale affermazione trova radici nella civiltà romana che si serviva di sistemi a riscaldamento radiante. I fumi caldi e il vapore prodotti in caldaie a legna, erano fatti circolare all’interno di intercapedini ricavate nelle pareti degli edifici termali. Si cercava di garantire in questo modo una temperatura omogenea nell’ambiente.
Su questo principio si basa la tecnologia a terminali radiant. Contrariamente a quanto avviene per i radiatori tradizionali che sfruttano il moto convettivo dell’aria, i tubi radianti funzionano con il principio di scambio termico per irraggiamento che si instaura tra superfici aventi diversa temperatura.

La diffusione di calore mediante terminali radianti offre ottimi vantaggi e si combina efficacemente con la produzione di calore a bassa temperatura.

Perché usare un sistema LowEx (Low Exergy)
Nell’Annex 37 della IEA la definizione data per LowEx Systems è: “Sistemi di riscaldamento o raffrescamento che permettono di utilizzare energia di basso valore come fonte di energia”. Il concetto di Exergia discende dal “II principio della termodinamica” e rappresenta il massimo “Lavoro” che può essere ottenuto da un flusso di energia o da una trasformazione termodinamica nel sistema.
In pratica, l’approccio exergetico, o di secondo principio, ha per oggetto il confronto del valore reale dell’energia in funzione della sua possibile conversione in “Lavoro”. Per semplificare il concetto di energia si pensi a questo banale esempio: l’energia presente in 1 kg di acqua a 43°C ha un valore diverso dall’energia elettrica immagazzinata in una batteria. Infatti, quest’ultima può essere agevolmente convertita nella prima, ma non viceversa. L’energia elettrica in generale può essere facilmente utilizzata per diversi scopi, mentre l’energia termica, soprattutto se a bassa temperatura, ha un valore di trasformazione molto ridotto.
Per questa ragione è conveniente utilizzare energia a basso valore exergetico per mantenere un ambiente alla temperatura di 20°C. Quando si utilizza un combustibile o l’energia elettrica per la produzione diretta di calore, si raggiungono temperature molto elevate alla fonte. Riducendo questa temperatura per consentirne l’utilizzo domestico si ha una forte perdita di exergia disponibile. Un esempio per sfruttare al meglio un combustibile, sia fossile che da biomassa, è la cogenerazione. In questo processo l’elevato contenuto di exergia viene mantenuto con la produzione simultanea di elettricità e di calore a bassa temperatura per il riscaldamento.
Analogamente una pompa di calore sfrutta l’energia elettrica per sottrarre calore da una fonte energetica a bassa temperatura e fornirlo a un fluido a temperatura maggiore. In base al COP della pompa di calore si può ottenere energia termica che va da 2 a 4 volte l’elettricità spesa, contrariamente a quanto avviene in un boiler elettrico dove la conversione è unitaria.
Per queste considerazioni, occorre progettare un sistema di riscaldamento/raffrescamento in grado di sfruttare energia termica a bassa/alta temperatura.

I vantaggi del soffitto radiante
Uno dei sistemi che permette di utilizzare energia termica a bassa temperatura è rappresentato dai tubi radianti. Il funzionamento di questa tipologia di sistema avviene per irraggiamento del calore. Si noti che la diffusione del calore non avviene per convezione, se non in minima parte. Pertanto, la collocazione dei terminali non deve essere influenzata da ragionamenti fondati sul movimento dell’aria come avviene ad esempio nel caso dei radiatori. Negli edifici residenziali si ha in genere la massima libertà nella scelta della superficie radiante tra pavimentazione, soffitto e pareti. In questa sede è stato scelto il riscaldamento/raffrescamento a soffitto. Le ragioni sono molteplici e di diversa natura, ma tutte dimostrano che si tratta di un sistema efficace, dal punto di vista del comfort termico, ed efficiente, dal punto di vista energetico ed exergetico. Risultati pressoché identici si ottengono adottando pavimenti radianti.

Problematiche Strutturali e Funzionali
La superficie del soffitto è quella che presenta minori vincoli strutturali soprattutto se paragonata alla pavimentazione. Non essendo soggetta a carichi non è necessaria una particolare protezione contro urti e sollecitazioni e in definitiva è molto basso il rischio di rotture e perdite di fluido. Risulta, infine, maggiore la facilità di intervento manutentivo.

Miglioramento del Comfort
Il fattore di vista sup. radiante/ambiente e sup. radiante/utente è massimo e non è influenzato dalla disposizione degli arredi. Si ottiene in questo modo una distribuzione più omogenea delle temperature e una temperatura media radiante delle pareti più adatta al raggiungimento del comfort. Ancora, secondo diversi studi, il comfort termico è maggiore quando il calore è percepito provenire dall’alto (come avviene in natura per il sole). La collocazione a soffitto migliora l’igiene riducendo al minimo la parte convettiva di scambio termico e i problemi ad essa legati (ad esempio spostamento della polvere). Rispetto al riscaldamento a pavimento sono assenti i problemi legati alla circolazione sanguinea negli arti inferiori.

Flessibilità d’utilizzo
Poiché la superficie del soffitto generalmente disponibile è molto ampia, la collocazione in suddetta posizione comporta ulteriori vantaggi. In effetti maggiore è la superficie disponibile, minore è il salto termico tra ambiente e fluido necessario. Questa motivazione è fondamentale nei confronti di un utilizzo estivo per evitare la condensa superficiale dell’acqua, ma anche per aumentare al massimo il rendimento exergetico del sistema.

Risparmio Energetico
Oltre che per le motivazioni presentate, l’utilizzo di un soffitto radiante permette di avere un risparmio energetico, per la possibilità di ridurre la temperatura di progetto dell’aria interna. Infatti, supponendo una temperatura del soffitto di 35°C e una temperatura media delle altre pareti di 18°C, la temperatura dell’aria necessaria al comfort è di 19°C invece che 20°C. Si ottiene così una riduzione delle dispersioni per conduzione attraverso l’involucro e per ventilazione.

Tipologie e Temperature di funzionamento
I tubi entro cui viene fatto scorrere il fluido termovettore caldo sono in genere realizzati in materiale plastico o rame e possono avere diverse dimensioni (diametri tra 15-20 mm per i tubi, circa 3 mm per i tubi capillari). La loro collocazione può avvenire mediante fissaggio su pannelli per contro-soffittatura di gesso o metallo, oppure per posa sulla superficie di intradosso del solaio.
Per quanto riguarda la scelta della dimensione dei componenti, è preferibile utilizzare tubazioni capillari ravvicinate (interasse circa 1 cm) per ottenere una più rapida risposta dell’impianto e una maggiore uniformità di emissione.
La temperatura media del fluido per il riscaldamento è circa 33°, considerando un salto di temperatura tra mandata e ritorno di 6-8 °C. In queste condizioni il rendimento che si ottiene è di circa 70 W/m2.
Per il raffrescamento invece la temperatura media tipica è di 19°C. In questo caso la potenza termica che il sistema riesce a sottrarre dall’ambiente non supera i 40 W/m2. Il limite di temperatura, e quindi di potenza, è imposto dalla possibilità di condensa superficiale sulla superficie radiante.