Comfort termico e sistemi per il riscaldamento

I sistemi di riscaldamento sono fondamentale per la qualità dell’aria e influenzano il comfort termico ambientale e la concentrazione o diluizione di inquinanti.

Indice degli argomenti:

• Sistemi di riscaldamento per convezione
• Il riscaldamento per irraggiamento
• Comfort termico con il calore del fuoco
• La tecnica della post-combustione
• Riscaldamento ecologico con stufe a pallet
• Stufe a mais o granoturco
• I combustibili rinnovabili di origine vegetale

Il sistema di riscaldamento è fondamentale per la qualità dell’aria e l’umidità relativa, che influenzano a loro volta il comfort termico ambientale e la concentrazione o diluizione degli inquinanti. I sistemi per il riscaldamento si dividono generalmente in due gruppi: a convenzione e a irraggiamento.

Ai primi, che agiscono riscaldando l’aria, appartengono i tradizionali termosifoni e i termoconvettori; ai secondi, che funzionano in base al principio di riscaldare le pareti e del lento rilascio di calore da queste all’ambiente, appartengono gli impianti a battiscopa, quelli a parete o a pavimento, le stufe e i camini.

Il sistema a radiazione, generalmente, comporta un minore consumo energetico, riscalda gli ambienti in maniera più uniforme e meno stratificata dei sistemi a convezione, non è soggetto a rapidità di raffreddamento durante i ricambi d’aria e mantiene la giusta condizione di umidità, evitando la formazione d’aria secca e la carbonizzazione del pulviscolo atmosferico.

Oggi il crescente interesse per stufe e camini, ha portato all’acquisizione di nuove tecnologie capaci di garantire rendimenti superiori all’80%.

La combustione totale della legna spreca, infatti, meno ossigeno, riduce l’emissione di anidride carbonica e aumenta il potere calorifico del combustibile. Una nuova frontiera è poi rappresentata dalle stufe ecologiche ad alto rendimento, alimentate da pellet e biomasse, il loro funzionamento è notevolmente facilitato dall’alimentazione automatica.

Sistemi di riscaldamento per convezione

I termosifoni collocati in ogni singolo ambiente rappresentano la tipologia impiantistica più diffusa, permettono di distribuire temperature sufficientemente calde ma non omogenee.

Sono infatti impianti a convezione, il loro effetto è di riscaldare l’aria, ma l’aria calda tende a salire a causa della minore densità, questo determina un movimento ascensionale continuo: l’aria calda si concentra a ridosso del soffitto e l’aria fredda a livello di pavimento. Per supplire a questa stratificazione verticale del calore e ottenere una temperatura media adeguata, si rende necessario il surriscaldamento, con conseguente spreco energetico.

L’eccessivo riscaldamento dell’aria comporta, inoltre, un notevole consumo di ossigeno, con seccamento dell’aria e aumento delle cariche elettrostatiche, delle polveri ( che tendono ad aumentare il proprio volume in contatto con la superficie bollente del termosifone) e dei microrganismi.

Il riscaldamento per irraggiamento

Un impianto di riscaldamento per irraggiamento offre un microclima interno confortevole poiché il calore irradiato non riscalda solamente l’aria, ma anche le superfici e i corpi solidi che si trovano in questo ambiente: pareti e oggetti diventano essi stessi elementi riscaldanti, masse termiche che rilasciano piano il calore, consentendo un minore movimento dell’aria, una maggiore uniformità della temperatura e conseguente assenza di sollevamento delle polveri nell’ambiente.

L’aria rimane gradevolmente temperata e ad un corretto livello di umidità. I sistemi radianti che emanano calore per irradiazione sono molteplici: pannelli per pareti e pavimenti, elementi radianti battiscopa, caminetti e stufe e impianti a ipocausto.

Mentre il calore trasmesso da convezione scalda l’aria che a sua volta scalda e circonda i corpi, il riscaldamento per irraggiamento trasporta il calore attraverso onde di radiazione che attraversano l’aria e si trasformano in calore solo quando incontrano un corpo solido. Questo permette di mantenere la temperatura ambiente più bassa di 2-3°, con conseguente risparmio energetico, ottenendo lo stesso livello di benessere.

Il livello di comfort termico viene, infatti, ottimizzato riducendo la differenza di temperatura tra aria e superfici circostanti.

Impianto a pannelli radianti

Un impianto di riscaldamento a radiazione su grandi superfici offre un microclima interno migliore ottimizzando il comfort termico. Le pareti, i pavimenti o i soffitti diventano essi stessi elementi riscaldanti, masse termiche che rilasciano piano il calore, consentendo un minore movimento dell’aria e una maggiore uniformità della temperatura.

I pannelli radianti, presentano inoltre il vantaggio di asciugare la condensa depositata nei muri mentre riscaldano gli ambienti, risanandoli da fenomeni di umidità di risalita.

Le possibilità offerte dal mercato sono molteplici: da pannelli radianti prefabbricati (composti da pannello isolante con tubi inseriti internamente), a elementi costituiti da piccoli tubi da posare su apposite griglie sagomate e da annegare nel pavimento, a radiatori battiscopa con tubicini in rame contenente acqua calda.

Per quanto riguarda il riscaldamento a pannelli, l’attuale tecnologia ha superato i problemi derivanti dalle temperature troppo elevate e dall’utilizzo di tubi in metallo (difficoltà in caso di rottura), questi sono sostituiti da tubicini in rame o in materiale plastico (polipropilene, polietilene, ecc), che formano numerose serpentine, dove l’acqua circola a temperature più basse, ottenendo lo stesso effetto riscaldante.

Grazie alle proprietà del calore da irraggiamento si può ottenere lo stesso livello di comfort termico mantenendo la temperatura ambiente a 2°-3° inferiore rispetto al riscaldamento tradizionale. La temperatura di mandata di 25°-45°, contro i 90° necessari nei termosifoni nei periodi più freddi, permette di utilizzare fonti energetiche quali pompe di calore, caldaie a condensazione e almeno parzialmente pannelli solari.

I tempi di riscaldamento delle superfici radianti sono ridotti poiché le serpentine contengono circa 1/10 dell’acqua che circola negli impianti di riscaldamento convenzionali e questo consente all’impianto di giungere velocemente a regime. I pannelli radianti sono utilizzabili anche per il raffrescamento estivo, facendo correre all’interno dei tubi l’acqua fredda, anziché calda; seguendo lo stesso principio ma adottando temperature di mandata del sistema di 16°-18° in estate si ha la possibilità di raffrescare gli ambienti in modo naturale.

Radiatore a battiscopa

Il riscaldamento è ottenuto facendo scorrere dell’acqua calda in un tubo di rame o in acciaio contenuto nel corpo radiante sistemato nella parte bassa dei muri, solitamente quelli a contatto con l’esterno.

Una leggera convezione scalda la parete sovrastante con l’innalzamento di un velo termico lungo la muratura che diventa una superficie radiante: l’aria lambisce il muro, cedendogli parte del calore, e si miscela gradualmente all’aria più fredda della stanza, che si riscalda in maniera pressoché uniforme dal pavimento al soffitto. Riscaldando gli ambienti a partire dal basso, il radiatore a battiscopa permette l’ottimale distribuzione del calore, evitando gli accumuli a soffitto.

La bassa convezione e la contenuta temperatura del radiatore a battiscopa non bruciano il pulviscolo atmosferico e non creano turbolenza dell’aria, portando i locali ad una temperatura uniforme e costante in tutta la stanza. La lunghezza degli elementi riscaldanti è determinata dal fabbisogno calorico calcolato specificatamente per ogni locale. Questo sistema può essere allacciato a qualsiasi tipo di riscaldamento ad acqua indipendentemente dalla fonte di energia utilizzata.

Comfort termico con il calore del fuoco

La riscoperta del calore del fuoco e delle tecnologie tradizionali di questi ultimi anni è segno di una tendenza verso una forma abitativa caratterizzata da un comfort termico maggior e naturale.

La legna che brucia, il calore avvolgente del fuoco vivo richiama il potere unificante del camino, nucleo tradizionale della casa, le cui tracce sono rintracciabili dal rudimentale caminus romano, all’ hypocaustum degli impianti termali, fino alla dimensione più domestica dei camini a centro stanza del Medioevo francese e della stufa in ceramica o maiolica, rimasta per secoli, la più importante sorgente di calore, specialmente in ambito alpino.

Se i primi impianti di riscaldamento centralizzato compaiono a metà 800 il camino sopravvive fino a inizio 900, per poi rimanere per un altro secolo, usato in genere in ausilio ad altro impianto di riscaldamento, come complemento d’arredo e oggetto evocativo, legato indissolubilmente all’idea di focolare domestico.

I camini tradizionali infatti non hanno un’alta efficienza tecnica: consumano molta legna e ossigeno, sviluppando una combustione incompleta, che produce monossido di carbonio.

Oggi il crescente interesse per questo sistema di riscaldamento, anche come alternativa economica al caro combustibile tradizionale e come scelta ecologica (con una combustione ottimale la legna non aumenta la componente di anidride carbonica presente nell’aria e quindi non viene alimentato l’effetto serra, al contrario di quanto avviene nel caso di combustione di gas, gasolio o carbone), ha portato all’acquisizione di nuove tecnologie capaci di garantire rendimenti superiori all’80%, consumare meno combustibile e assicurare più calore.

Caminetti ad accumulo

I sistemi ad accumulo, sfruttano i principi della stufa tradizionale in ceramica o maiolica: accumulano il calore per poi trasmetterlo lentamente e costantemente per molte ore. Hanno una camera di combustione, generalmente in ghisa e refrattario, dove viene prodotto calore ad alta temperatura che scalda le pareti, le quali hanno una massa notevole consentendo di accumulare una grande quantità di calore che viene restituita lentamente all’ambiente circostante.

Fondamentale risulta a tale fine la capacità termica dei materiali, vale a dire la capacità di trattare il calore all’interno delle proprie molecole senza trasmetterlo immediatamente all’ambiente circostante. Un materiale con un elevata capacità termica provoca “inerzia termica”, cioè un ritardo nella trasmissione del calore da un lato all’altro del suo spessore. Questa proprietà permette ai sistemi ad accumulo di conservare il calore per un lungo periodo, rilasciandolo lentamente.

Il calore che viene ceduto dalla stufa o dal caminetto è percepito come molto piacevole grazie proprio alla sua elevata percentuale di radiazione.

La stufa tradizionale, in ceramica o maiolica, è composta da una camera di combustione, in mattoni refrattari, alla quale sono collegati i giri di fumo. Il blocco di refrattario viene riscaldato dalla combustione del legno grazie al fatto che i gas caldi scorrono attraverso i condotti fumari ed il calore viene ceduto al materiale refrattario; questo accumula il calore e lo irradia lentamente nell’ambiente circostante. Con una combustione, che dura circa 45 minuti, e grazie alla sigillatura ermetica del locale di combustione, nel quale si conservano le braci, la stufa in ceramica può riscaldare un locale per oltre 20 ore.

La stufa radiante in ceramica è un’ottimo sistema di riscaldamento e garantisce un ottimo comfort termico grazie ad una temperatura media che va dai circa 18° sino ai 22°C (la temperatura ideale dell’aria di un ambiente si colloca intorno ai 20°C ) e ad una media di umidità del 40% – 60% (l’umidità relativa dell’aria in un ambiente non dovrebbe mai scendere al di sotto del 30%).

Sistemi ad aria calda

I termocaminetti (a focolare chiuso) associano all’irradiazione del fuoco la circolazione d’aria. In questo caso oltre al calore radiante, viene ceduto all’ambiente anche calore convettivo: la trasmissione del calore viene affidata in grande parte al riscaldamento dell’aria.

L’aria fredda presa dall’esterno a contatto con la stufa si riscalda e salendo verso l’alto cede calore e si raffredda iniziando un nuovo ciclo. Appartengono a questa categoria quelle stufe-caminetto in cui sono previste particolari tubi flessibili da collegare alle apposite uscite, per portare l’aria calda nei vari locali della casa.

L’elevato rendimento dei monoblocchi consente di realizzare un vero e proprio impianto di riscaldamento, mediante un impianto di canalizzazione forzata che porta l’aria calda negli altri locali; occorre tenere presente la potenza del caminetto per poter adeguatamente stabilire quanti volumi poter riscaldare.

Alcuni modelli dispongono di uno o più ventilatori con la funzione di diffondere l’aria calda nell’ambiente e incorporano sistemi per umidificare l’aria. Infatti l’inconveniente principale di questo sistema è quello di rendere secca l’aria. Possono venire usati anche d’estate per aerare i locali a camino spento. Alcuni modelli sono dotati di due sistemi di alimentazione combinati: a legna e gas, oltre che di cappa boiler per la produzione d’acqua sanitaria calda.

Questa tipologia ha il vantaggio, rispetto alla stufa tradizionale, di riscaldare l’ambiente rapidamente ma anche lo svantaggio che vanno persi alcuni degli aspetti positivi dei sistemi ad irraggiamento. Risulta particolarmente adatta ad una seconda casa, dove è importante un rapido riscaldamento degli ambienti o dove manca lo spazio per ricavare il locale caldaia.

La tecnica della post-combustione

I caminetti ad alta efficienza funzionano con il sistema della post-combustione: nel focolare è immesso un ulteriore flusso d’aria che, entrando in contatto con i gas residui della prima combustione ad alta temperatura, ne provoca l’accensione, generando così una seconda fiamma.

Questa doppia fiamma, tecnicamente definita post-combustione, bruciando i gas residui, libera un fumo pulito, con minime emissioni di gas incombusti.

Oltre a minimizzare l’impatto ambientale, consentendo emissioni assai meno inquinanti (a basso contenuto di CO ed a favore del CO2 necessario per la fotosintesi), questa tecnica aumenta il rendimento termico, contenendo i consumi energetici e dunque riducendo il fabbisogno di legna.

Riscaldamento ecologico con stufe a pallet

Alcuni caminetti da riscaldamento sono dotati di bruciatori di biomasse legnose, quali pellet, cippato, nocciolino di oliva, semi di uva, gusci di nocciole e vari, cereali (mais, grano, fagioli, ceci, semi vari etc etc.), i combustibili a minor impatto ambientale sia per quanto riguarda il loro approvigionamento, sia per l’emissione di gas combusti.

Le stufe alimentate a pellet, apparentemente assomigliano a normali stufe o camini da incastro, in realtà si tratta di una tecnologia avanzata, nata in Canada e diffusa un po’ dappertutto. Il pellet è un combustibile che si presenta in forma di piccoli cilindri di 6 mm. di diametro, ottenuti assemblando segatura, legna di scarto sminuzzata e pressata ad alti valori, senza uso di additivi o coloranti. Ha una percentuale di umidità molto più bassa rispetto alla legna tradizionale, quindi una maggiore resa termica con un basso residuo di ceneri.

Una stufa alimentata a pellet offre inoltre il notevole vantaggio di evitare di dover provvedere continuamente al caricamento del combustibile, in quanto il pellet scorre all’interno del focolare tramite sistemi meccanici automatici che consentono ampia autonomia. Diventati molto affidabili con l’utilizzo dell’elettronica, hanno il vantaggio rispetto alle tradizionali stufe a legna di poter dosare il combustibile e di consentire un preciso controllo della temperatura.

L’accensione può essere automatica e possono essere regolate in temperatura tramite normali termostati, cronotermostati o microprocessore.

Stufe a mais o granoturco

Il mais o granoturco è un potente combustibile, non inquinante, rinnovabile e di facile reperibilità, si può trasportare e immagazzinare facilmente.

Ha un potere calorico di circa 6200 Kcal/kg (con umidità intorno al 15%). Il mais come il pellets garantisce una combustione pulita, neutra, migliore dei combustibili di origine fossile come gasolio, olio combustibile, gas e carbone, i quali causano un aumento del contenuto di ossidi di carbonio e altre sostanze nocive nell’atmosfera.

Il mais in grani è facilmente reperibile, ha un basso costo e bruciato in stufe e caldaie ha una resa di circa il 90%, non emana fumi ed il residuo secco è circa uguale a quello del pellets. Prodotte in diversi modelli, queste stufe si distinguono in termostufe funzionanti ad acqua calda e aerostufe funzionanti ad aria calda.

Come per le stufe a pellets, anche queste stufe si installano facilmente, infatti non necessitino di canna fumaria, basta un tubo da 8 cm. di diametro per scaricare i fumi all’esterno. Per l’installazione di generatori di calore a biomassa o pellets, ai sensi della normativa comunitaria, esistono leggi regionali che concedono contributi fino al 50% della spesa.

I combustibili rinnovabili di origine vegetale

Il CTI – Comitato Termotecnico Italiano che svolge attività normativa e unificatrice – dopo aver definito specifiche e modalità di classificazione dei biocombustibili solidi e tra questi il pellet (cilindretto di biomassa legnosa compressa) sulla base delle future normative europee in materia, ha avviato un gruppo di lavoro per la definizione delle classi di qualità del pellet, basate sul contenuto di ceneri e sulla materia prima d’origine utilizzata per produrlo.

Degli standard e della caratterizzazione dei biocombustibili solidi si parlerà nei convegni di Progetto Fuoco la principale rassegna europea che ogni due anni presenta le ultime tecnologie energetiche adatte all’uso della legna.

In programma dal 18 al 21 marzo 2004 alla Fiera di Verona, organizzata con la partecipazione della CEAR (Consorzio Energia Alternativa per il Riscaldamento), vedrà la presenza di oltre 300 espositori provenienti da Austria, Belgio, Canada, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Norvegia, Olanda e Spagna.

Le problematiche generali dei biocombustibili legnosi e al loro approvvigionamento e impiego come fonte energetica saranno argomento di tre sessioni curate dal Dipartimento Te.S.A.F. dell’Università di Padova.

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