Pannelli Radianti a Soffitto: Raffrescamento e Riscaldamento dall’Alto

I pannelli radianti a soffitto, utilizzati per sistemi di raffrescamento e/o riscaldamento dall’alto, forniscono buone prestazioni in termini di comfort termo-igrometrico e di fattibilità economica quando sono installati in edifici ben isolati termicamente e per interventi di riqualificazione energetica di edifici esistenti. Se poi abbini un sistema a convezione per il controllo puntuale dell’umidità all’interno degli ambienti, le prestazioni diventano ottime.



Gli impianti di riscaldamento a pannelli radianti riescono a risolvere tecnicamente tre criticità connesse ai tradizionali sistemi a termosifone:

• la temperatura media di mandata per il riscaldamento si colloca tra i 25-40 °C
• la distribuzione del calore non è concentrata in alcuni punti, ma molto più uniformemente distribuita
• possibile utilizzare le medesime “tubature” sia per il riscaldamento invernale che per il raffrescamento estivo.

Il principio su cui si basano i pannelli radianti è quello della circolazione di acqua calda a bassa temperatura in un circuito chiuso, che si sviluppa coprendo una superficie radiante molto elevata. Facendo circolare acqua fredda alla temperatura di 14-18 °C durante il periodo estivo, si possono raffrescare gli ambienti in maniera efficace, senza le correnti di aria fredda che caratterizzano i condizionatori ad aria.

I pannelli radianti si suddividono generalmente in tre categorie:

• pannelli radianti a pavimento
• pannelli radianti a parete
• pannelli radianti a soffitto.

Per quanto riguarda i pannelli radianti a soffitto, si possono trovare in due forme:

• pannelli radianti “classici”
• termo strisce radianti.

I pannelli radianti a soffitto sono in genere costituiti da moduli metallici o in cartongesso di varia forma appesi al soffitto: si tratta di pannelli a vista al di sopra (o all’interno) dei quali è installato il tubo. Oggi diverse case costruttrici offrono a catalogo soluzioni con pannelli già integrati con gli impianti.

Quando i pannelli radianti sono usati per il raffrescamento (si parla in questo caso di soffitti freddi) il benessere termico ottimale si ha progettando il sistema in modo da mantenere la temperatura a livello dei piedi lievemente superiore rispetto a quella del livello testa.

I sistemi radianti a parete o a soffitto, per il fatto di essere meno invasivi rispetto ai pannelli radianti a pavimento, anche nei costi, hanno ottime possibilità applicative nell’ambito della riqualificazione energetica degli edifici esistenti. Inoltre la superficie radiante è quasi interamente sfruttabile perché non occupata da arredi o tappeti.

Gli svantaggi dei pannelli radianti a parete, è necessario tenere conto della limitata influenza della radiazione in direzione orizzontale che mal si adatta ad ambienti ad elevata larghezza.

Il problema principale della distribuzione a soffitto, credo l’unico degno di nota durante il funzionamento invernale, è il rischio dell’effetto “testa calda” ovvero la sensazione di elevata temperatura sulla testa rispetto al resto del corpo.

Una corretta progettazione del sistema edificio-impianto (e quindi non del solo impianto) consente di limitare tale disagio e, però, contestualmente di poter fruire dei grandi vantaggi della distribuzione a soffitto, uno fra tutti la possibilità di climatizzazione estiva.

Pannelli Radianti a Soffitto in Rapporto a Comfort Termo-Igrometrico, Consumi Energetici e Problemi di Condensa Superficiale

E’ utile fare un richiamo ad alcuni aspetti collegati al benessere negli ambienti. In particolare è necessario introdurre il concetto di Temperatura Media Radiante (Tmr), definita come la temperatura uniforme che bisogna assegnare ad un ambiente con pareti nere all’infrarosso tale da produrre lo stesso scambio radiativo tra ambiente e individuo. Questo parametro è fortemente influenzato dalle superfici vetrate dell’ambiente.

Occorre inoltre considerare che lo scopo del sistema di termoregolazione del corpo umano è essenzialmente quello di mantenere costante la temperatura del corpo che, in equilibrio stazionario, scambia potenze termiche [W] attraverso sviluppo di calore (metabolismo), dissipazione di calore (attività lavorativa, evaporazione) e scambio di calore (radiazione e convezione).

In virtù del bilancio energetico di queste entità, è necessario introdurre un ulteriore importante parametro, la Temperatura Operativa (To), definita come la media pesata, secondo i coefficienti di scambio termico, delle Temperatura Ambiente (Ta) e della Temperatura Media Radiante (Tmr). In bibliografia, sono normalmente accettati valori di Tmr pari a ± 4 °C rispetto alla Temperatura ambiente (Ta).

Queste considerazioni, unite a quelle connesse alle modalità d’uso e quindi al tipo di vestiario indossato (misurato in [clo]), devono essere prese in considerazione quando si sceglie il tipo d’impianto più appropriato all’edificio oggetto di studio (v. curve del benessere di Fanger).

Ti voglio far notare che una insufficiente Temperatura Media Radiante comporta sempre, da parte degli utilizzatori, un innalzamento della Temperatura Ambiente per raggiungere la Temperatura Operativa ritenuta necessaria. Ciò evidentemente a discapito dei consumi energetici.

Nell’uso dei sistemi radianti “a caldo”, il valore del flusso termico emesso di circa 100 W/mq è agevolmente raggiungibile, in condizioni standard, con una temperatura “di pelle” della superficie radiante di circa 29 °C (Tmax secondo la UNI 1264).

Diversa è la questione della climatizzazione fredda, essenzialmente per due aspetti principali che occorre tenere in conto:

1. impossibilità a poter abbassare oltremodo la temperatura “di pelle” dei pannelli radianti per il rischio di formazione di condensa
2. impossibilità a gestire, con l’impianto radiante, il carico di umidità ambiente (vale per tutti gli impianti radianti).

Risolvere questi aspetti consente però di poter godere di tutti gli altri benefici indotti dal sistema radiante, in alternativa a quello convettivo o, come vedremo, a sua integrazione.

In questo caso la temperatura del fluido non può scendere sotto i 14°C (per evitare i fenomeni di condensa) e la temperatura “di pelle” non può quindi scendere al di sotto del valore corrispondente e relativo al tipo di materiale utilizzato. L’uso di pannelli metallici consente di raggiungere valori di temperatura vicini a quelli del fluido mentre materiali via via più coibenti comportano temperature “di pelle” più alte e quindi rese inferiori.

In generale, l’uso di materiali più o meno coibenti, non influisce di per sé nei consumi del sistema radiante (ad es. ceramica 1 W/mqK vs. Parquet a 0,20 W/mqK), bensì è immediata l’influenza nei tempi di messa a regime.

E’ chiaro però che una trasmittanza troppo elevata del sistema radiante, comportando una maggiore differenza di temperatura tra fluido termovettore e “pelle” comporta maggiori dispersioni verso la faccia interna della piastra radiante con potenziale minore rendimento.

E’ importante considerare l’influenza dell’emissività all’infrarosso del materiale emittente dei pannelli. Ad esempio una finitura in alluminio dei pannelli radianti, a parità di temperatura superficiale (ad esempio 50 °C), emette meno calore rispetto a pannelli rifiniti con vernici opache.

L’ordine di grandezza della radiazione emessa, in questo caso, sarebbe dell’ordine di 50 W/m2. Un rapido calcolo riferito alla superficie disponibile mostrerebbe come essa potrebbe essere (a differenza del riscaldamento) insufficiente nella maggior parte dei casi, tenendo in conto sia dei carichi termici massimi esterni che interni.

Inoltre, nel funzionamento estivo, è frequente dover far fronte a improvvisi carichi di aria umida (ad esempio in occasione di feste) per cui l’elevato carico termico interno e il contestuale innalzamento della temperatura potrebbero indurre il sistema termoregolante ad abbassare la temperatura oltremodo, causando condensazioni sulla superfici e, a causa dell’inerzia dell’impianto, pendolazioni dello stesso sistema di regolazione.

Pertanto l’uso dei sistemi radianti a soffitto può essere senz’altro pensato negli interventi di riqualificazione, integrando anche la climatizzazione estiva nel sistema, a patto che l’involucro sia adeguatamente coibentato, onde limitare al minimo l’asimmetria radiante e, contestualmente, ridurre i carichi termici esterni estivi.

Un ambiente ben coibentato potrebbe garantire anche un’efficace climatizzazione estiva per gran parte dell’anno. A quel punto, quando lo si voglia, il sistema potrà essere reso perfettamente fruibile anche d’estate e in ogni condizione di affollamento, con l’integrazione (anche parziale) di sistemi a convezione che abbattano anche il contenuto di umidità.

Ciò potrà essere fatto con sistemi più semplici (ma meno efficienti) come climatizzatori split-system o con sistemi complessi (ma più efficienti) quali ad esempio sistemi ad aria primaria con funzione di free-cooling.

A cura di Ing. Massimo Enei

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