Gli impianti termoidraulici garantiscono la climatizzazione e l’approvvigionamento idrico in una casa. Un impianto termoidraulico è un elemento essenziale per garantire il comfort all’interno di una casa, un’azienda o una qualsiasi struttura privata o pubblica.
L’impianto di riscaldamento (e raffrescamento) è definito dal DLgs 192/2005 (come modificato dal D.Lgs. 48/2020):
“Impianto termico: impianto tecnologico fisso destinato ai servizi di climatizzazione invernale o estiva degli ambienti, con o senza produzione di acqua calda sanitaria, o destinato alla sola produzione di acqua calda sanitaria, indipendentemente dal vettore energetico utilizzato, comprendente eventuali sistemi di produzione, distribuzione, accumulo e utilizzazione del calore nonché gli organi di regolazione e controllo, eventualmente combinato con impianti di ventilazione. Non sono considerati impianti termici i sistemi dedicati esclusivamente alla produzione di acqua calda sanitaria al servizio di singole unità immobiliari ad uso residenziale ed assimilate…”
Componenti Principali di un Impianto Termico
L’impianto termico si compone di 4 sistemi principali:
- Sistema di generazione
- Sistema di distribuzione
- Sistema di emissione
- Sistema di regolazione
Il sistema di alimentazione del vettore termico di un edificio è costituito da un fluido termovettore, che può essere acqua o aria; si parlerà quindi di impianto idraulico o impianto aeraulico.
La rete di distribuzione dell’acqua è costituita da tubazioni che partono dal generatore e giungono ai terminali di emissione, quali radiatori, fan-coil, pannelli radianti, piastre radianti, ecc.
Nel caso di impianto aeraulico, invece, l’aria si propaga per mezzo di canali installati a soffitto e giunge negli ambienti attraverso bocchette e/o diffusori.
Tipologie di Impianti Termoidraulici
Tra i principali impianti termoidraulici vi sono:
- I sistemi di riscaldamento dotati di generatori di calore, alimentati a gas, gasolio, energia elettrica o a biomassa. Tra questi ricordiamo la caldaia tradizionale, quella a condensazione, le pompe di calore, i sistemi ibridi, etc.
- I sistemi di riscaldamento ad energia radiante come stufe, stufe a pellet, termostufe, caminetti. Questi sistemi possono essere considerati impianti termoidraulici se sono installati in modo fisso e se la loro potenza al focolare superi i 5 kW per la singola unità abitativa.
- I sistemi di climatizzazione estiva, ottenuti mediante sistemi di raffrescamento a pompa di calore, a pavimento, capaci di garantire temperature confortevoli e risparmi energetici.
- Gli impianti di ventilazione meccanica controllata (VMC) garantiscono il ricambio continuo e la purificazione dell’aria nell’ambiente interno: l’aria esausta degli ambienti interni viene estratta mentre altra aria, proveniente dall’esterno e ricca di ossigeno, viene immessa all’interno dei locali.
- Gli impianti idrotermosanitari, reti, apparecchiature ed accessori che hanno lo scopo di distribuire l’acqua calda e fredda alle varie utenze in una casa e di far defluire l’acqua già utilizzata verso le fognature.
- Gli impianti geotermici, composti da pompa di calore che sfrutta la temperatura indisturbata del terreno per raffrescare in estate e riscaldare in inverno.
- Gli impianti di cogenerazione, che garantiscono la produzione combinata di energia elettrica e termica utilizzando una sola fonte energetica.
Configurazioni di Distribuzione dell'Acqua
In questo articolo esaminiamo varie configurazioni di distribuzione dell’acqua, dal generatore ai corpi scaldanti, in regime di circolazione forzata, ossia il fluido viene movimentato all’interno delle tubazioni da una pompa azionata elettricamente (pompa di circolazione). A seconda della configurazione delle tubazioni, esistono diverse soluzioni:
- Distribuzione mediante circuito monotubo
- Distribuzione mediante circuito bitubo a ritorno diretto (può essere con o senza collettori complanari)
- Distribuzione dell’acqua ai corpi scaldanti mediante circuito bitubo a ritorno inverso
Circuito Monotubo
Lo schema di distribuzione dell’acqua con circuito monotubo prevede un’unica tubazione che attraversa i corpi scaldanti presenti e ritorna infine al generatore.
I corpi scaldanti sono disposti e alimentati in serie: l’acqua di uscita dal primo corpo scaldante diventa di mandata per il secondo, l’acqua di ritorno dal secondo corpo scaldante diventa di mandata per il terzo e così via.
In tal modo, tuttavia, la temperatura dell’acqua che va ad alimentare i vari corpi scaldanti diminuisce progressivamente. L’acqua calda, in corrispondenza del singolo corpo scaldante, cede calore al locale e si raffredda; la temperatura pertanto sarà elevata per i primi terminali, troppo bassa per gli ultimi, al punto tale da non riuscire più a compensare il carico termico del locale e garantire il benessere termico degli occupanti.
Inoltre, funzionando il circuito in serie, un eventuale guasto in qualsiasi punto della rete rende inutilizzabile tutto il sistema. Per ovvie ragioni, questa configurazione non è più utilizzata.
Circuito Bitubo a Ritorno Diretto
Lo schema di distribuzione dell’acqua con circuito bitubo a ritorno diretto prevede terminali disposti in parallelo e due tubazioni, una per la mandata ed una per il ritorno.
La tubazione di mandata, partendo dal generatore, presenta tante diramazioni quante sono le montanti verso i corpi scaldanti e l’acqua di ritorno dal singolo corpo scaldante confluisce direttamente nella tubazione principale di ritorno al generatore.
Si sottolinea che in questo caso la connessione è prevalentemente in parallelo e, a differenza della situazione precedente, il ritorno di un corpo scaldante non diventa mandata per quello successivo.
Questa soluzione è impiegata particolarmente per impianti centralizzati, in cui il generatore è posto al piano terra o seminterrato, così come l’annessa rete principale di tubazioni di mandata e di ritorno. Da questa si diramano le montanti verticali che attraversano verticalmente l’edificio ed alimentano i corpi scaldanti dei vari piani (appartamenti).
In questa configurazione, l’impianto risulta poco sezionabile: non è semplice disattivare il riscaldamento per il singolo appartamento, o meglio per la singola sezione di appartamento, perché in tal caso la fornitura viene interrotta a tutti gli appartamenti serviti dalla stessa montante.
Circuito Bitubo a Ritorno Diretto con Collettori Complanari
Lo schema di distribuzione dell’acqua con circuito bitubo a ritorno diretto con collettori complanari prevede terminali disposti in parallelo come nel caso precedente, con la peculiarità di centraline di distribuzione delle tubazioni che prendono il nome di collettori complanari.
Le tubazioni di mandata e di ritorno principali giungono dal generatore fino al ai collettori complanari. Da ogni collettore poi si diramano tante tubazioni di mandata e di ritorno quanti sono i singoli corpi scaldanti da servire.
Qualora si preveda di installare più collettori complanari, è buona norma disporli in posizione pressoché baricentrica rispetto ai terminali da servire, così da eguagliare le distanze dei vari circuiti, dal generatore al singolo corpo scaldante, e di conseguenza le perdite di carico.
Questa tipologia di circuito, usata comunemente, può essere adottata sia per impianti autonomi che centralizzati. Al riguardo, nel caso di impianto autonomo, abitazione singola, il numero di collettori da predisporre sarà funzione della superficie calpestabile: al di sopra dei 100 m² è preferibile installare almeno due collettori (per esempio uno al servizio della zona giorno, l’altro della zona notte).
Per impianti centralizzati, invece, è previsto un collettore al servizio di ciascun appartamento; in tal caso, il sistema risulta più sezionabile rispetto alla situazione senza collettori complanari ed è possibile interrompere il riscaldamento alla singola unità abitativa chiudendo le valvole di intercettazione del rispettivo collettore.
Le tubazioni vanno solitamente posizionate sotto pavimento e devono pertanto essere coibentate al fine di mantenere stabile la temperatura del fluido all’interno.
Circuito Bitubo a Ritorno Inverso
Il circuito bitubo a ritorno inverso è molto simile a quello a ritorno diretto senza collettori complanari, con la differenza che in questa configurazione sono presenti due tubazioni di ritorno.
Le tubazioni di ritorno dei singoli corpi scaldanti non si innestano direttamente in quella principale, bensì in una tubazione di ritorno secondaria che infine confluisce all’interno della principale.
La dicitura “a ritorno inverso” deriva proprio dal principio di funzionamento del sistema, l’acqua di ritorno dai singoli corpi scaldanti non viene inviata direttamente al generatore, ma è prima convogliata nella tubazione di ritorno intermedia.
Il vantaggio della soluzione consiste nel fatto che tutti i circuiti sono pressappoco bilanciati, le perdite di carico dei vari tratti che vanno dal generatore al singolo corpo scaldante si eguagliano, in quanto, considerando le lunghezze dei singoli rami di mandata e ritorno, tutti i terminali presentano all’incirca la stessa distanza dal generatore.
Nonostante il circuito non presenti particolari problemi di bilanciamento idrico, questa soluzione è usata raramente, soltanto per grandi impianti, in quanto costosa ed ingombrante.
Bilanciamento Idrico dei Circuiti
Un circuito idrico risulta bilanciato quando a tutti i corpi scaldanti giunge la stessa portata di acqua, quindi le perdite di carico del tratto “più favorito”, ossia il tratto che va dal generatore al terminale più vicino, eguagliano quelle del tratto “più sfavorito”, dal generatore al terminale più lontano.
Le perdite di carico dipendono da molteplici fattori, quali:
- La lunghezza del tratto di tubazione
- Il materiale, quindi la rugosità
- La scabrezza
- La presenza di raccordi, gomiti, pezzi speciali, ecc.
In generale, eguagliando le lunghezze dei rami di tubazione che vanno dal generatore ai singoli corpi scaldanti, il circuito risulta più o meno bilanciato.
Riguardo le soluzioni esaminate, nonostante ormai in disuso, la configurazione con circuito monotubo è bilanciata poiché ai singoli corpi scaldanti arriva sempre la stessa portata di acqua, indipendentemente dalla distanza rispetto al generatore.
Il sistema di distribuzione con circuito bitubo a ritorno diretto presenta, invece, problemi di bilanciamento: infatti, nel caso in cui siano previsti molti corpi scaldanti, le perdite di carico del circuito sfavorito supereranno di gran lunga quelle del circuito favorito e la portata di acqua che andrà ad alimentare i terminali più lontani diminuirà progressivamente.
Per quanto riguarda il circuito con collettori complanari, potrebbe risultare bilanciato, in linea di massima, purché i collettori siano collocati in posizione baricentrica rispetto al generatore e ai singoli corpi scaldanti.
Infine, il sistema a ritorno inverso è piuttosto bilanciato, in quanto i singoli terminali detengono la stessa distanza rispetto al generatore, considerando complessivamente le lunghezze dei tratti di mandata e ritorno.
Come Scegliere l’Impianto Termoidraulico Adatto Alle Tue Esigenze?
La scelta del tipo di impianto termoidraulico adatto alle tue esigenze dipende da molti fattori ed è molto più complessa di quanto sembra. Ad influenzare questa scelta sono molti parametri importanti:
- Le caratteristiche geometriche e costruttive dell’abitazione: come ad esempio stratigrafie di pareti, solai e coperture, dimensioni e caratteristiche tipologiche degli infissi.
- L’orientamento dell’edificio: una struttura ben orientata al sole può beneficiare del calore solare naturale, riducendo la richiesta di riscaldamento.
- L’ambiente esterno, con clima e temperature che influiscono sulla richiesta di fabbisogno energetico.
- La potenza termica richiesta, in funzione del volume dell’ambiente da riscaldare.
- Le fonti energetiche disponibili sul territorio e l’efficienza energetica che ne consegue dalla scelta di una piuttosto che dell’altra.
Partendo dall’analisi di questi parametri è possibile poi procedere al dimensionamento dell’impianto termoidraulico.
Guida al Dimensionamento dell’Impianto Termoidraulico
Per dimensionare rapidamente l’impianto termoidraulico affidati a:
- Un software per la progettazione degli impianti termici
- Un software per la progettazione degli impianti idraulici
Avrai a tua disposizione un vasto archivio di terminali, tubazioni, raccordi, pezzi speciali, in base alle tue necessità per modellare varie tipologie di impianti.
Immaginiamo per esempio di voler realizzare un impianto termoidraulico costituito da una caldaia a condensazione come generatore e da termosifoni come terminali di erogazione del calore (impianto idronico).
Per dimensionare l’impianto idronico di riscaldamento è possibile seguire questi comodi e semplici passaggi:
- Calcolo della potenza termica della caldaia, che può essere realizzato tenendo conto delle dispersioni dell’unità immobiliare attraverso un software per il calcolo delle prestazioni energetiche.
- Calcolo della potenza degli erogatori. Dallo step 1 sono resi noti anche i carichi termici di ogni ambiente che andranno a determinare la potenza termica dei terminali che dovranno erogare.
- Scelta del tipo di radiatore e posizionamento dei terminali nel modello 3D dell’edificio.
- Disegno delle tubazioni e modellazione dei pezzi speciali e componenti dell’impianto. Le stesse tubazioni dovranno essere caratterizzate, definendo quelle principali, secondarie, di mandata e di ritorno.
- Definizione dell’inizio e della fine del circuito e del verso del flusso.
- Definita la modalità di ricalcolo delle portate ed i parametri di calcolo per i diversi componenti dell’impianto, è possibile dimensionare l’impianto di riscaldamento grazie al software per la progettazione degli impianti termici.
Sarà possibile visualizzare tutti i risultati di calcolo sia in forma grafica che tabellare e produrre elaborati grafici con legende e abachi.
Per quanto riguarda l’impianto idrico invece, a partire dalla pianta di progetto, con il software per la progettazione di impianti idraulici potrai disegnare tutta la rete di acqua calda e fredda e collegarla automaticamente ai terminali di erogazione di bagno e cucina. Potrai dimensionare così tutte le tubazioni di adduzione secondo la norma UNI EN 806-3 o la UNI 9182, potrai calcolare le portate massime, dimensionare il preparatore di acqua calda ad accumulo e istantaneo e molto altro.
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