Sistema a pavimento radiante a bassa inerzia termica: cosa c'è da sapere

L’innovazione e lo sviluppo degli impianti a pavimento radiante sono sempre più orientati alle applicazioni a basso spessore e a bassa inerzia termica. Il sistema a pavimento radiante realizzato con questi pannelli innovativi è caratterizzato da un limitato ingombro in altezza, caratteristica che risulta particolarmente vantaggiosa nelle ristrutturazioni. La geometria a rete tridimensionale di questi pannelli permette di trattenere saldamente il tubo durante la posa e di annegarlo completamente nel massetto, garantendo una distribuzione uniforme della temperatura con una bassa inerzia termica al sistema. L’innovativa bugna forata permette di abbinare il pannello sia ai massetti autolivellanti sia ai massetti in sabbia e cemento, questo rende il sistema particolarmente economico e versatile.

L’obiettivo di questo articolo è quello di illustrare i sistemi a pavimento radiante e basso spessore e bassa inerzia termica realizzati con i nuovi pannelli con bugna a rete tridimensionale.

 

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Installazione di un impianto radiante a pavimento: tutti i vantaggi di un "impianto invisibile"

L’acqua circolante in tubi in materiale plastico annegati nello strato cementizio del pavimento è il fluido termovettore che fa in modo che tutta la superficie del pavimento diventi il corpo radiante, questo garantisce una distribuzione uniforme e ottimale delle temperature. I sistemi di riscaldamento radiante con l’evoluzione tecnologica dei dispositivi di regolazione si sono rapidamente affermati anche in regime di raffrescamento estivo, rappresentando una valida alternativa al climatizzatore e divenendo così impianti reversibili e completamente sfruttabili per tutto il ciclo termico dell’unità residenziale. In entrambi i regimi di funzionamento, riscaldamento invernale e raffrescamento estivo, i pavimenti radianti idronici funzionano con una bassa differenza di temperatura tra l’acqua e l’ambiente da climatizzare, e, allo stesso tempo, tra l’ambiente stesso e l’aria esterna.

Comfort termo-igrometrico, risparmio energetico, eccellente sfruttamento di energia da fonti rinnovabili, fruibilità degli spazi, sono tutti risvolti positivi che rendono “l’impianto invisibile” sempre più diffuso nella nuova costruzione come nella ristrutturazione.

 

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Comfort termo-igrometrico

Una persona si trova in stato di benessere quando non percepisce nessun tipo di sensazione fastidiosa ed è quindi in una condizione di neutralità assoluta rispetto all’ambiente circostante. La distribuzione della temperatura in un locale viene determinata dalla cosiddetta curva ideale di comfort termico, secondo la quale le zone più vicine al pavimento devono avere temperature lievemente più calde rispetto alle zone più vicine al soffitto: facendo un confronto tra le curve di comfort delle varie tipologie di sistemi di riscaldamento, si nota come la curva rappresentante il comfort derivato dal sistema radiante a pavimento sia quella che meglio approssima quella ideale.

È stato dimostrato che il sistema a pavimento radianti, correttamente dimensionato e realizzato con le moderne tecnologie, fornisce al corpo umano comfort e benessere superiori rispetto ai tradizionali sistemi di riscaldamento. Con il sistema a pavimento si evita che il calore stratifichi sul soffitto procurando così un benessere ad “altezza uomo”.

All’interno della stanza lo scambio termico complessivo è dato dalla combinazione di scambio termico convettivo e di scambio termico per irraggiamento che interessa tutte le superfici e le persone presenti. Avere aria a temperatura uniforme nel volume del locale impedisce che si inneschino quei fastidiosi moti convettivi, causa di circolazione delle polveri, che tipicamente caratterizzano gli ambienti riscaldati con sistemi tradizionali. Per di più, la bassa differenza di temperatura tra pavimento e ambiente, attenua in generale i fenomeni convettivi naturali, con conseguente riduzione del sollevamento di polvere e dei batteri in essa contenuti. 

La soluzione impiantistica più efficiente per raggiungere il comfort termico estivo, sia sotto il profilo del risparmio energetico, sia del risultato ottenibile, consiste nell’impiegare i sistemi a pavimento radiante abbinati a macchine appositamente progettate per la deumidificazione.

La strategia di regolazione è molto semplice: il pavimento radiante raffrescante provvede a ridurre la temperatura smaltendo i carichi termici sensibili; il sistema di deumidificazione provvede a ridurre l’umidità bilanciando i carichi termici latenti, facilmente elevati d’estate a causa delle condizioni esterne e dall’attività delle persone.

 

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Risparmio energetico ed elevata efficienza

La ridotta differenza tra le temperature dell’aria dell’ambiente climatizzato e l’aria esterna permette la riduzione delle dispersioni (o delle rientrate) di calore, ottenendo un risparmio energetico estremamente interessante e conforme alle nuove normative.

La temperatura superficiale del pavimento radiante, strettamente legata a quella dell’acqua di mandata circolante nei tubi, viene esaltata nel meccanismo di scambio termico per irraggiamento dall’elevazione alla quarta potenza. Questo consente ai sistemi radianti di poter essere eserciti con acqua tipicamente di 15°C in raffrescamento e di 35°C in riscaldamento.

Le temperature di mandata caratteristiche del sistema radiante, quindi, consentono notevoli risparmi energetici e permettono, inoltre, l’utilizzo di fonti di energia in un campo di funzionamento con efficienza più elevata (pannelli solari, pompe di calore, caldaie a condensazione). Data l’alta capacità termica dell’acqua in rapporto a quella dell’aria, nei sistemi idronici il trasporto di una stessa quantità di calore è più efficiente: si riducono così i costi connessi all’energia elettrica consumata dai ventilatori nei sistemi a tutt’aria. I sistemi di riscaldamento e raffrescamento radiante, caratterizzati da elevata resa e bassi consumi di gestione, rappresentano la scelta ideale per aumentare l’efficienza energetica del sistema edificio-impianto.

 

Il sistema radiante a bassa inerzia termica: caratteristiche, installazione e test


Caratteristiche

L’innovativo pannello radiante a basso spessore è costituito da una rete “tridimensionale” stampata in materiale plastico, più precisamente polipropilene ad alta resistenza.

Il suo limitato ingombro in altezza (22 mm nella versione standard e 15mm nella versione slim) e la sua conformazione (alloggia tubazioni di 16 o 17 mm di diametro esterno nella versione standard, 12mm nella versione slim e permette un passo di posa multiplo di 50 mm) lo rendono particolarmente adatto negli interventi di ristrutturazione, e conseguente riqualificazione energetica, degli edifici.

La geometria brevettata della rete tridimensionale, infatti, consente di alloggiare saldamente il tubo durante la posa e di annegarlo completamente nel massetto. Viene garantita, così, un’ottimale ed uniforme distribuzione del calore, abbinata ad una limitata inerzia termica.

È disponibile in tre versioni:

  1. una con base adesivizzata per l’incollaggio ad una pavimentazione esistente o ad un sottofondo,
  2. una seconda con dei piolini di fissaggio per applicazione su uno strato di isolante pre-esistente,
  3. una con abbinato ad uno strato di isolante ad alta densità di spessore 6 mm.

Il pannello ha un’elevata resistenza al calpestio, garantendo all’installatore di eseguire la posa del tubo senza il timore di danneggiarlo per schiacciamento. Ogni bugna ha elementi di bloccaggio del tubo che agevolano la posa dello stesso senza l’impiego di clips nei cambi di direzione. Gli incastri laterali del pannello garantiscono un ancoraggio rigido tra pannello e pannello rendendo la superficie solida e uniforme.

 

Installazione del pannello radiante a basso spessore

Rispetto alle procedure tradizionali previste dalla normativa UNI EN 1264-4, per il pannello a basso spessore ci sono operazioni di posa differenziate in base al modello utilizzato.

Per il pannello con base adesivizzata: è molto importante porre una particolare cura nella rimozione di eventuali residui polverosi dal sottofondo, dato che tale modello è dotato di supporto adesivo. Una volta rimosso il foglio protettivo nella parte inferiore della rete, incollare il pannello al sottofondo o al pavimento esistente, sovrapponendo i ganci laterali per garantire l’incastro reciproco (potrebbe essere necessario l’uso di qualche tassello in materiale plastico per garantire l’aderenza alla pavimentazione esistente nel caso la superficie non sia perfettamente liscia e pulita).

Per il pannello con piolini: accoppiare il pannello, tramite l’inserimento dei piolini, all’isolante liscio già posato, accostando poi i vari pannelli in modo da garantire l’incastro reciproco (nel caso fosse necessario, fissare con qualche clip tubo e pannello all’isolante).

Per il pannello con isolante da 6mm: appoggiare i pannelli sul sottofondo o sul pavimento esistente, sovrapponendo i ganci laterali per garantire l’incastro reciproco tra i pannelli (nel caso fosse necessario, fissare con qualche clips tubo e pannello con isolante).

Con l’impianto in pressione, gettare il massetto prescelto per l’intervento, attendendo si scrupolosamente alle istruzioni del produttore.

In particolare lo spessore del massetto può essere calcolato a partire dalla base del pannello, visto che la miscela cementizia può agevolmente infilarsi all’interno della rete tridimensionale.

Si possono utilizzare massetti autolivellanti (solo con pannelli con base adesivizzata e con l’isolante da 6 mm) con minimo circa 5 mm sopra alla rete tridimensionale, massetti anidritici (per tutte le tre versioni) con 35 mm di spessore complessivo e massetti sabbia-cemento classici (per tutte le tre versioni) spessore minimo 40 mm complessivi.

Non è necessario l’uso di rete elettrosaldata.

La messa in servizio dell’impianto deve avvenire secondo le procedure descritte nella norma (UNI EN 1264-4).

 

Tempi di messa a regime dell'impianto radiante

Le prime installazioni di questo pannello radiante sono state monitorate sia in laboratorio che in applicazioni reali. In particolare, in laboratorio, sono state eseguite delle misure di temperatura e di energia assorbita dall’impianto allo scopo di ottenere i tempi di messa a regime. 

Il campione è stato realizzato con il pannello con isolante da 6mm appoggiato direttamente sul pavimento esistente di un locale al piano terra. Il rilievo delle temperature superficiali è stato effettuato ponendo direttamente a contatto del massetto delle sonde PT100 avendo cura di proteggerle in modo opportuno per evitate scambi di calore per effetto radiante. Sul campione sono state posizionate cinque sonde di temperatura; quattro sonde lungo i lati ad una distanza di 50cm dal bordo e una al centro.

Un ulteriore rilevo delle temperature superficiali è stato effettuato mediante termo camera, i valori memorizzati sono i massimi e i minimi ricavati dalla griglia di misura dello strumento. La misura dell’energia assorbita dal sistema invece è stata ricavata mediante un contatore di energia termica volumetrico per la misura dei consumi del riscaldamento. La temperatura di mandata è stata controllata mediante regolazione termostatica a punto fisso regolata manualmente a 45°C all’accensione dell’impianto. Il rilievo delle temperature della prima sessione di misurazioni è durato fino al raggiungimento del valore costante del flusso termico sull’impianto.

 

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Si nota come circa dopo 30 minuti dall’accensione dell’impianto il sistema raggiunge la costanza del flusso termico. La seconda sessione di misure ha avuto lo scopo di verificale l’andamento delle temperature oltre la soglia di stazionarietà analizzata nella prima sessione.

 

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Si osserva come la temperatura massima del massetto si stabilizza rapidamente, raggiungendo il massimo dopo 30 minuti dall’accensione.

È molto importante invece sottolineare come la temperatura media, pesata tra tutte le letture delle misure termografiche, si assesti dopo circa 1,5 ore dimostrando che il massetto raggiunge un equilibrio termico costante in breve tempo. Una conferma del risultato ottenuto dall’analisi dei dati termografici si ottiene analizzando l’andamento delle temperature rilevate dalle sonde di temperatura a contatto con il massetto. Il valore massimo viene infatti raggiunto dopo 1,5 ore di funzionamento.

Questi risultati indicano che questo innovativo pannello per impianti a pavimento radiante trova applicazione sia nelle ristrutturazioni grazie al suo limitato ingombro, sia in tutte le applicazioni in cui è necessario un impianto radiante a bassa inerzia termica che raggiunga rapidamente il funzionamento a regime o si abbia la necessità di un funzionamento intermittente.

 

Robinson Test: la resistenza meccanica dell’applicazione a basso spessore

Il test di Robinson (realizzato secondo la normativa ASTM C627 – 10 (Robinson test)) ha lo scopo di stabilire la resistenza ai carichi dinamici di un pavimento.

La norma è stata concepita per testare il pavimento finito, le piastrelle, i giunti, la colla, la soletta, che vengono sottoposti ad un durissimo test di fatica.

Il test di Robinson prevede di utilizzare un carrello con tre ruote montate su di una circonferenza di diametro pari a 30 pollici (76,2 cm). Il carrello viene messo in rotazione con una velocità di rotazione di 15 giri al minuto, con un carico massimo di circa 136 Kg per ogni ruota del diametro di 4 pollici. La prova è condotta in 14 fasi e le ruote vengono sostituite, passando da gomma tenera, a gomma dura per finire con ruote di acciaio nelle ultime 4 fasi. Il test completo ha una durata di 11 ore per un totale di 9900 giri, ovvero 23,7 km per ogni ruota alla velocità di 2,15 Km/h. In pratica il percorso cumulativo delle tre ruote sul pavimento è di 71 Km e ogni punto del pavimento che si trova sotto il percorso circolare delle ruote viene sollecitato per 29.700 volte.

Sono stati testati due campioni del pannello nella versione con altezza standard da 22mm e con isolante da 6mm.

Il primo campione è stato realizzato con un massetto in sabbia e cemento con un’altezza complessiva di 40mm; il secondo con l’autolivellante con uno spessore 30mm (8mm al sopra della bugna). Lo scopo del test è stato quello di valutare la resistenza di un sistema a così basso spessore nelle applicazioni residenziali. I due campioni sono stati testati senza l’applicazione delle piastrelle, per rendere maggiormente gravosa la prova. Per entrambi la prova è stata fermata ai primi cicli con le ruote di acciaio, non per la rottura del campione ma per usura. Le ruote in acciaio infatti scalfiscono la superficie del massetto sgretolandola.

Entrambi i campioni hanno superato la soglia di numero di cicli minimo per ottenere l’idoneità all’installazione in applicazioni residenziali.

 

Prove di punzonamento locale per carichi concentrati verticali

Sono state effettuate più sessione di prove di carico concentrato con punzone di dimensioni conformi alla normativa D.M.17-01-2018 per carichi verticali concentrati Qk.

Lo scopo della serie di test è quello di indagare il comportamento dei campioni di impianto a pavimento radiante a bassa inerzia termica quando sottoposti all’azione di carichi concentrati e simulando quindi eventuali sollecitazioni derivanti dall’azione di mobili o suppellettili in uno scenario di reale utilizzo.

 

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I campioni sono stati realizzati utilizzando un isolante liscio in EPS da 30mm abbinato alla griglia tridimensionale di 22mm di altezza, posando il tubo da 17x2mm a passo 100mm e il massetto in sabbia e cemento per un totale di 40mm complessivi.

I risultati ottenuti evidenziano un comportamento omogeneo del sistema sia per quanto riguarda i carichi di rottura (carico di prima fessurazione) che nelle relative curve carico-spostamento. I valori mediamente ottenuti dimostrano come il sistema sia compatibile con le sollecitazioni minime previste dalla legge per le destinazioni d’uso per le Categorie A, B, C1, C2, D1.

 


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