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Sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante a confronto con ventilconvettori: meno consumo di energia, minori emissioni di CO2  

Il clima negli spazi interni degli edifici è strettamente correlato al benessere, alle prestazioni lavorative e persino all‘umore dei residenti, in particolare oggi, con le persone che trascorrono il 75% del loro tempo in ambienti chiusi. Ecco perché un clima sano e di qualità è molto importante. Per raffrescare una stanza nei caldi mesi estivi sono stati impiegati finora principalmente sistemi convenzionali di climatizzazione, come ventilconvettori o unità split per il condizionamento dell‘aria. Tali apparecchi rispettano i requisiti termici dei locali per quanto riguarda il raffrescamento, ma possono causare fastidiose correnti d‘aria, sollevamenti di polvere e un‘umidità relativa molto bassa, inferiore al 40%, per non parlare del loro elevato consumo di energia. A causa dei cambiamenti climatici, numerosi paesi hanno emanato regolamenti per sostituire i vecchi sistemi di climatizzazione con modelli ad alta efficienza energetica. La climatizzazione tramite irradiazione offre in questo caso una valida soluzione: Vengono impiegati sistemi di riscaldamento e raffrescamento radianti che utilizzano l‘acqua come mezzo di trasferimento del calore.

Modalità di funzionamento del calore radiante

L‘obiettivo è quello di apportare o eliminare il calore dalla stanza tramite l‘irradiazione. In modalità raffrescamento, l‘energia termica viene scambiata trasferendo il calore radiante tra i carichi di raffreddamento esistenti e la superficie raffreddata. L‘energia viene emessa da oggetti, persone, dispositivi e fonti di luce e assorbita dalla superficie fredda. In modalità riscaldamento vale esattamente il contrario: L‘energia viene trasferita dalla superficie riscaldata e assorbita da oggetti e persone. L‘acqua ha una capacità termica specifica 4 volte maggiore rispetto all‘aria e, a causa della densità molto più elevata, richiede meno energia per il trasporto, il che la rende un mezzo di trasferimento di calore migliore dell‘aria. A causa dell‘ampia area di contatto del sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante, si genera uno scambio uniforme di irradiazioni tra la stanza e le superfici che la racchiudono, grazie al quale la temperatura viene percepita più bassa, nel caso del raffrescamento, e più elevata, nel caso del riscaldamento, rispetto a quella effettiva dell‘aria (definita temperatura operativa). Inoltre, le temperature del sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante sono progettate per essere più alte in estate e più basse in inverno rispetto a quelle di un sistema di climatizzazione convenzionale, riducendo così il consumo di energia e le emissioni di CO2. Inoltre, gli stessi circuiti possono essere utilizzati per il riscaldamento o il raffrescamento.

Combinazione con sistemi di ventilazione

Il clima di un ambiente chiuso è determinato dai seguenti fattori: temperatura, umidità, ventilazione e velocità dell‘aria. Il sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante è responsabile della copertura dei carichi sensibili dei locali, mentre il sistema di ventilazione è essenziale per compensare l‘esposizione latente all‘umidità della stanza e delle persone e per garantire un‘adeguata qualità dell‘aria.

Per quanto riguarda il raffrescamento si nota ancora un certo scetticismo sui sistemi radianti, specialmente nelle zone caratterizzate da clima umido. Il controllo costante dell‘umidità specifica dell‘aria in un sistema di raffrescamento radiante garantisce che la temperatura superficiale sia sempre al di sopra del punto di rugiada, evitando la formazione di condensa su pareti, soffitti e pavimenti. Una corretta progettazione e il controllo del sistema sono fondamentali per un funzionamento regolare. Combinando un sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante con un sistema di ventilazione controllato, il flusso del volume d‘aria che circola nella stanza da climatizzare si riduce notevolmente, con una conseguente diminuzione del moviemnto d‘aria. Spiacevoli correnti d‘aria, rumore e polvere vengono ridotti per un maggiore comfort delle persone presenti negli ambienti. Il minor volume dell‘aria consente anche l‘impiego di condotti di ventilazione più piccoli, con conseguente diminuzione dell‘altezza dei controsoffitti e vantaggi sulla progettazione della struttura dell‘edificio.

Ideale per le energie rinnovabili

Uno dei grandi vantaggi di un sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante è l‘efficienza energetica e la facilità d‘uso con energie rinnovabili. Inoltre, il consumo di energia e le emissioni di CO2 diminuiscono grazie all‘impiego di una minore temperatura di mandata durante il riscaldamento (35°C) e una maggiore temperatura durante il raffrescamento (> 15°C). Questo principio consente di usare una pompa di calore multiuso in grado di generare calore e freddo allo stesso tempo. In questo modo si evita di installare due macchine diverse (caldaia e sistema di raffrescamento), risparmiando così sui costi di installazione.

 

Esempio:

L‘esempio seguente mette a confronto due sistemi idraulici: Ventilconvettori e un sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante. Apportando piccole modifiche alle temperature di esercizio è possibile risparmiare fino al 31% dell‘energia annuale e il 30,2% delle emissioni di CO2 con un sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante. Per il calcolo ipotizziamo per l‘edificio un fabbisogno di riscaldamento di 210 kWt e un fabbisogno di raffrescamento di 230 kWt (in entrambi i casi facciamo rifermento al calore sensibile).

Le temperature di esercizio per entrambi i sistemi sono:

Prima di ogni calcolo, selezionare i parametri di funzionamento della pompa di calore (pompa di calore modello WSHN-XSC3 di Clivet). La pompa di calore deve essere in grado di gestire anche il caso più sfavorevole, ovvero la modalità di raffrescamento a 230 kWt.
I dati più importanti sono riassunti nella seguente tabella:
 

Come si può vedere dalle tabelle, la modifica della temperatura di esercizio non solo aumenta le prestazioni della pompa di calore, ma consente anche di scegliere un modello di pompa più piccolo (modello 70.4 anziché 75.4).

 

Il consumo energetico annuale della pompa di calore è il seguente:

energia totale (kWh) = energia elettrica del compressore x ore di funzionamento

Riscaldamento ventilconvettori = 60,27 kWe x 4000 h = 241.080 kWh

Raffrescamento ventilconvettori = 45,21 kWe x 2000 h = 90.420 kWh

Riscaldamento con sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante = 39,7 kWe x 4000 h = 158.800 kWh

Raffrescamento con sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante = 36,16 kWe x 2000 h = 72.320 kWh

Energia totale ventilconvettori = 241.080 + 90.420 = 331.500 kWh / anno

Energia totale sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante = 158.800 + 72.320 = 231.120 kWh / anno

___________________________________

Risparmio energetico annuale = 30,2%

 

 

È possibile quindi calcolare le emissioni di CO2:

Emissioni di CO2 (ventilconvettori) = 331.500 kWh * 0,75 = 248.625 kg CO2

Emissioni di CO2 (sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante) = 231.120 kWh * 0,75 = 173.340 kg CO2

___________________________________

Riduzione di CO2 annuale = 30,2%

 

 

Conclusione:

L‘uso di un sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante non solo genera una riduzione del bilancio di CO2, ma offre anche un potenziale di risparmio economico. Per quanto riguarda la pompa di calore, può essere usato un modello di dimensioni inferiori. Inoltre, un sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante offre molti altri vantaggi:

 

• Maggiore comfort, grazie all‘assenza di fastidiose correnti d‘aria, rumore e polvere
• Risparmio energetico tramite temperature di esercizio più efficienti
• Riduzione delle emissioni di CO2 grazie al risparmio energetico
• Costi d‘esercizio ridotti
• Assoluta libertà di configurazione degli spazi interni, dal momento che l‘installazione avviene sotto alla superficie
• Durata nel tempo
• Assenza quasi totale di manutenzione

 

 

Note:

In questo esempio, il sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante aquatherm black system è stato messo a confronto con un moderno ed efficiente sistema di ventilconvettori. In caso di impiego di altri impianti di climatizzazione o di ristrutturazione dell‘edificio, il risparmio energetico del sistema di riscaldamento e raffrescamento radiante aumenta ancora di più, perché le classiche unità di condizionamento dell‘aria funzionano a temperature di mandata più elevate in modalità riscaldamento e a temperature più basse in modalità raffrescamento.

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