Il progetto degli impianti a pannelli radianti

Guida pratica al dimensionamento dei sistemi radianti

Ultimo aggiornamento: 05/09/2019 - Ing. Annachiara Castagna, Ricerca e Sviluppo Logical Soft
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Gli impianti a pannelli radianti sono indubbiamente un sistema di riscaldamento estremamente diffuso non solo nell'edilizia residenziale, ma anche nell'industria, nel campo ospedaliero o in tutti quegli ambiti dove è specificatamente richiesto di mantenere la temperatura costante per tutto l'arco della giornata.

I meccanismi di incentivazione, che promuovono gli interventi di riduzione dei consumi, e le soluzioni offerte dalle case produttrici, che consentono di adottare spessori ridotti, rendono applicabile il passaggio al radiante anche nei casi di riqualificazione di un impianto esistente.

Ecco perché la richiesta di installare o modificare l'impianto utilizzando i pannelli radianti ci viene spesso sollevata direttamente dalla committenza.

Ma i pannelli radianti sono sempre la scelta migliore?
E come si dimensiona un impianto radiante?
Quali sono i parametri che influiscono maggiormente sul progetto?

Vediamolo insieme attraverso un esempio pratico svolto con TERMOLOG, il software dedicato al progetto degli impianti idronici che consente il dimensionamento e il disegno esecutivo degli impianti a pannelli radianti.

Quando i pannelli radianti sono la scelta migliore?

Immaginiamo di essere chiamati a progettare un intervento di riqualificazione di un impianto a pannelli radianti con caldaia a condensazione: la prima richiesta che dobbiamo soddisfare è contenere i consumi. Per questo e grazie ai sistemi di incentivazione, nel tempo hanno trovato sempre più spazio i generatori che lavorano a basse temperature collegati a grandi superfici con cui effettuare uno scambio radiante.
I pannelli radianti infatti sono sistemi che lavorano su ampie aree disponibili e consentono

  • basse temperature del fluido o più in generale dell'intero corpo emittente
  • adeguata proporzione tra scambio per irraggiamento, convezione e conduzione in ambiente
  • basse velocità dell'aria dovute principalmente alla diminuzione dei moti convettivi generati

Tutto questo porta ad una diffusione più omogenea della temperatura percepita dal corpo umano che vive gli ambienti che progettiamo, e quindi una maggiore sensazione di comfort rispetto ai classici sistemi a radiatori o ventilconvettori.

Il progetto degli impianti a pannelli radianti
A sinistra la distribuzione di temperatura in ambiente data dal classico impianto a radiatori; a destra quella riferita ad un impianto a pannelli radianti. Ad una altezza compresa tra 1,5m e 1,8m la temperatura percepita nella soluzione con impianto a pannelli è omogenea, al contrario della variabilità e quindi della sensazione di discomfort del caso con impianto a radiatori.

Se aggiungiamo la possibilità di avere spazi completamente liberi, senza corpi scaldanti in vista e la totale assenza di emissioni sonore, il sistema radiante risulta uno dei più richiesti anche in ambito residenziale.

Ma è bene considerare che i pannelli sono sistemi ad elevata inerzia termica, che garantiscono una resa ottimale quando sono mantenuti a regime e quindi in temperatura costante, per tutto l'arco della giornata e per l'intera stagione invernale: se la zona da climatizzare è usata saltuariamente o per brevi periodi durante la settimana, il pannello radiante non rappresenta la soluzione migliore per ottimizzare comfort e consumi.

Il progetto degli impianti a pannelli radianti
Potenza oraria richiesta all'impianto generata dal Motore DINAMICO ORARIO di TERMOLOG. Il diagramma mostra la potenza oraria richiesta per un profilo d'uso con temperatura di set point 20°C sulle 24 ore. I pannelli radianti richiedono una regolazione costante nell'arco della giornata: nel caso di regime di attenuazione si osserva un incremento della potenza istantanea richiesta oraria nell'accensione dell'impianto.

Progettare un pannello radiante

Dopo aver scelto il sistema radiante come sistema di riscaldamento, vogliamo riqualificare l'appartamento e progettare il nuovo impianto e i corpi scaldanti.

Analizziamo per punti il percorso da compiere per arrivare a determinare il passo dei pannelli e dimensionare l'impianto.

Il progetto degli impianti a pannelli radianti
Modello 3D di TERMOLOG: Nell'unità immobiliare si è scelto di adottare un sistema di emissione a pannelli radianti. Dal modello tridimensionale TERMOLOG ricava le informazioni termiche e geometriche necessarie alla valutazione dei carichi di progetto.

Passo 1 – Calcolare i carichi termici di progetto

Il punto di partenza è valutare la potenza richiesta in ambiente: lo facciamo attraverso il calcolo di progetto UNI 12831, oppure in alternativa possiamo utilizzare il Motore DINAMICO ORARIO di TERMOLOG, per un calcolo più raffinato con condizioni climatiche esterne che variano ora per ora.

L'edificio esistente, costruito nel 1994, è suddiviso in diverse unità immobiliari di struttura analoga. Ne analizziamo una come esempio, valutando i carichi termici dati dalle strutture in esame: di seguito i carichi suddivisi in carico per trasmissione, ventilazione e potenza di ripresa.

Il progetto degli impianti a pannelli radianti
Calcolo dei carichi di progetto con TERMOLOG. Il grafico mostra i carichi termici suddivisi nelle componenti per Trasmissione, Ventilazione e Potenza di Ripresa per ciascun locale.
LocaleΦt [W]Φv [W]Φrh [W]
Soggiorno1.541,197293,576127,92
Cucina935,191200,62987,42
Bagno676,16640,62217,7
Bagno 21.113,81768,29929,76
Camera420,681183,8380,1
Camera 2868,033201,45587,78
Disimpegno164,523112,08848,84

Il calcolo dei carichi termici secondo la UNI 12831 viene eseguito determinando tre componenti di potenza: il carico per trasmissione dettato dalla tipologia di strutture, il carico per ventilazione definito in funzione del volume e dei ricambi d'aria, la potenza di ripresa, componente che identifica la potenza impegnata dall'impianto per raggiungere nuovamente la temperatura richiesta. La potenza di ripresa è fortemente connessa alla costante di tempo dell'edificio, alla sua capacità termica e all'inerzia dell'impianto di emissione; abitualmente il valore della potenza di ripresa è contenuto nel 10% della potenza per trasmissione.

LocaleArea [m2]Carico specifico [W/m2]
Soggiorno21,392,15
Cucina14,683,78
Bagno3244,82
Bagno 25242,38
Camera13,451,09
Camera 214,679,26
Disimpegno8,140,18

Molte delle informazioni che trattiamo nel dimensionamento dei pannelli radianti sono ricavate dalla norma UNI 1264, norma di riferimento per il progetto di impianti a pavimento, a soffitto e a parete.

Oltre al carico di progetto richiesto, la tipologia di ambiente è fondamentale per definire i limiti di temperatura superficiale che il pavimento non potrà superare. I valori di temperatura superficiale massima consigliati dalla 1264-3 sono:

Nel caso di riscaldamento a pavimento

  • 29°C per i locali normalmente utilizzati pari alla potenza specifica di 100 W/m2 fornibile ad un ambiente a 20°C
  • 33°C per i bagni pari a 150 W/m2
  • 35°C per le zone perimetrali (contenute entro 1 metro dalle pareti perimetrali), pari a 175 W/m2

Per riscaldamento a parete

  • 40°C che corrisponde alla potenza specifica massima di 160 W/m2

Per riscaldamento a soffitto

  • 29°C che corrisponde alla potenza specifica massima di 59 W/m2
Il progetto degli impianti a pannelli radianti
I valori limite di temperatura superficiale sono imposti dalla norma UNI 1264-3. TERMOLOG Modulo IMPIANTI verifica il superamento delle temperature massime consentite in impianti a pannelli radianti.

Passo 2 – Temperatura di mandata e profondità di posa

Per determinare la temperatura di mandata ci basiamo sull'analisi dei carichi termici appena eseguita: scegliamo di partire dal locale con la richiesta maggiore, escludendo le zone perimetrali o i bagni.

Tra gli ambienti normalmente occupati il nostro edificio presenta il picco di richiesta nel soggiorno, con 92,15 W/m2: utilizziamo questo come ambiente di partenza.

Quale temperatura di mandata scegliere?

Nella valutazione che facciamo dobbiamo considerare sempre che:

  • L'impianto viene gestito con temperatura di mandata uniforme.
  • La scelta della temperatura di mandata influenza la resa termica del pannello
  • La resa termica e il passo influenzano la temperatura superficiale.

Un altro aspetto da non trascurare, citato espressamente dalla norma UNI EN 1264 è l'influenza del salto termico sulla temperatura della superficie nella quale sono posati i pannelli: salti termici molto elevati portano ad un incremento di temperatura localizzata proprio al di sopra delle tracce delle tubazioni.

Generalmente si adotta un salto termico pari a 5°C per i locali normalmente occupati e salti termici maggiori solo per i pannelli posizionati negli altri ambienti.

Le tubazioni dell'impianto saranno posizionate alla profondità di 58 cm, annegate nello strato di calcestruzzo, al di sopra del materiale isolante.
La stratigrafia dell'elemento che ospita il pannello radiante è fondamentale per determinare la potenza realmente emessa dal pannello:

  • potenza emessa verso l'alto, in funzione della resistenza dei materiali posizionati sopra
  • potenza emessa verso il basso, molto limitata nel caso si utilizzino le piastrelle isolanti al di sotto.
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Stratigrafia del pavimento radiante con il Modulo IMPIANTI di TERMOLOG. Definire la stratigrafia e la profondità di posa del pannello è necessario per determinare la potenza emessa verso l'alto e verso il basso dal sistema radiante.

Utilizzando una temperatura di mandata pari a 45°C, il pannello che abbiamo deciso di adottare ha una resa di circa 98 W/m2 al passo di 15 cm, resa adeguata per il locale soggiorno che dobbiamo servire; proviamo comunque a ripetere l'analisi con la temperatura di mandata a 40°C: il calcolo restituisce una potenza emessa di circa 93W/m2 e un passo molto più stretto, decisamente non utilizzabile per il nostro caso.

Consideriamo quindi di utilizzare una temperatura di mandata pari a 45°C e un salto termico di 5°C per la riqualificazione impiantistica dell'unità immobiliare che stiamo analizzando.

Passo 3 – Definizione del passo e lunghezza del pannello

Il passo che abitualmente si consiglia di utilizzare per i locali normalmente abitati che abbiano una richiesta nell'ordine delle decine di kW di potenza, è alternativo tra 15 e 20 cm; per le fasce perimetrali e i locali particolari è possibile infittire con passi anche di 5 cm o 7,5 cm.

Stabilita la temperatura di mandata e calcolate le rese, possiamo tracciare il pannello nel soggiorno, collegandolo al collettore dell'unità: posizioniamo un pannello con passo di 15 cm che garantisce una adeguata emissione per la temperatura di mandata selezionata.

Il progetto degli impianti a pannelli radianti
Disegno esecutivo con il Modulo IMPIANTI di TERMOLOG: dopo aver determinato la temperatura di mandata e il passo proviamo a coprire l'area del soggiorno introducendo il pannello. TERMOLOG copre automaticamente l'area di pannello considerando anche la distanza dalle murature dovuta alla fascia perimetrale.

La lunghezza totale delle tubazioni impiegate sarà pari a

Area pannello/passo = 23 m2 / 0,15 m = 142 m

È immediato notare che 142 metri di lunghezza di tubo sono una lunghezza elevata per un pannello, soprattutto se ne consideriamo la perdita: vale la regola che maggiore è la lunghezza del pannello, maggiore sarà la perdita assegnata
In questo caso la perdita totale del pannello soggiorno è pari a oltre 16 mila mmca che corrispondono a 160 kPa, un valore molto elevato.

Scegliamo una seconda soluzione, nella quale proviamo a coprire la superficie del soggiorno attraverso due pannelli: ciascuna area serve metà del carico termico dell'ambiente soggiorno.
In questo modo la lunghezza del pannello si riduce a 71m e di conseguenza anche la perdita di carico, che risulta pari a 23 kPa per questa seconda ipotesi.

Il progetto degli impianti a pannelli radianti
Disegno esecutivo con il Modulo IMPIANTI di TERMOLOG: scegliamo di suddividere la superficie del locale soggiorno con due pannelli per ridurre la lunghezza e quindi le perdite.

Passo 4 – Integrazioni e disegno completo dell'impianto

Con le stesse regole indicate in precedenza possiamo completare l'impianto di riscaldamento per l'appartamento.
L'ultimo dettaglio che dobbiamo rilevare riguarda i due bagni presenti: il carico specifico di progetto al metro quadro è molto elevato per essere soddisfatto interamente dal pannello radiante. Alla richiesta di un carico specifico alto, si aggiunge il fatto che l'area del pavimento disponibile si riduce ulteriormente per la presenza dei sanitari e degli scarichi a pavimento.
In questo caso sarà necessario integrare l'emissione con un ulteriore corpo scaldante, ad esempio il classico radiatore scaldasalviette.

Il progetto degli impianti a pannelli radianti
Dimensionamento dei pannelli radianti con TERMOLOG

BIBLIOGRAFIA:

  • UNI EN 1264-3:2009 - Sistemi radianti alimentati ad acqua per il riscaldamento e il raffrescamento integrati nelle strutture - Parte 3: Dimensionamento
  • M. Doninelli – Gli impianti a pannelli radianti, Quaderni Caleffi
  • A. Peroni e D. Ghisleni – Resa termica di pavimenti radianti, 2005
  • Documentazione tecnica per il progetto Impianti a pannelli radianti per uso civile, Buderus, Edizione 4/2009
  • Sistemi Radianti a Pavimento, Guida prodotto – Wavin
  • La normativa UNI EN 1264, eurotherm.com
Annachiara Castagna - Ingegnere

Annachiara Castagna

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Ingegnere Edile, esperta in analisi energetica degli edifici.
Attualmente sono product manager del software TERMOLOG di Logical Soft, software leader per la certificazione, il progetto termotecnico, la diagnosi energetica e la simulazione dinamica. Gestisco e seguo lo sviluppo degli algoritmi di calcolo per la valutazione degli indici di prestazione energetica degli edifici, per la ripartizione delle spese negli edifici, per la progettazione degli impianti e la diagnosi energetica. Coordino le attività di sviluppo, ottimizzazione e controllo delle procedure e dell’interfaccia del software TERMOLOG.
Nel team di Logical Soft svolgo costante attività di ricerca e sviluppo e partecipo attivamente ai tavoli tecnici del Comitato Termotecnico Italiano (CTI) per la stesura delle norme italiane ed europee dedicate al calcolo energetico degli edifici e alla diagnosi energetica.
Sono docente all’interno di diversi master dedicati al BIM e all’analisi energetica, nei corsi abilitanti per la certificazione e nei seminari divulgativi sui temi relativi al calcolo dei ponti termici, alla contabilizzazione del calore e ai Criteri Ambientali Minimi per gli edifici pubblici. Nel 2019 ho partecipato come relatore al Convegno internazionale AICARR sull’influenza del comportamento umano nella prestazione energetica degli edifici.
Per Logical Soft sono redattrice di articoli di approfondimento sui temi energetici e seguo lo sviluppo del primo software di calcolo dinamico conforme alla EN ISO 52016 in Europa e in Italia.
Dal 2018 sono membro della commissione EA (Energia Ambiente) di GBC Italia.