Workshop Pompa di Calore su Radiatori Esistenti
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I sistemi di riscaldamento con pannelli radianti a raggi infrarossi sono poco conosciuti in Italia e non sono nemmeno considerati dalle leggi sul risparmio energetico negli edifici, tra cui quella sulle detrazioni fiscali (55%) 65%.
Ci sono lampade a raggi infrarossi e pannelli radianti a raggi infrarossi. Le prime sono utilizzate per un riscaldamento di tipo puntuale (ne abbiamo parlato nell’articolo sul comfort in ambienti riscaldati con lampade a infrarossi), utili per un uso esterno, per fabbriche ed edifici di grandi dimensioni, dove riscaldarne l’aria sarebbe troppo dispendioso. I pannelli a infrarossi, invece, esprimono la loro convenienza in termici di comfort e di consumi energetici negli edifici residenziali.
Di seguito una trattazione svolta dal collega Francesco per valutare la bontà dei pannelli radianti a raggi infrarossi rispetto a impianti convenzionali per il riscaldamento invernale. Cerchiamo di prendere i dati in maniera critica in quanto ottenuti con simulatori di calcolo semplificati. Proprio per questo nei prossimi articoli, visto l’interesse, cercheremo di affinare il calcolo, ovviamente con metodologie più accurate (oltre a presentare, se riusciamo, dei dati reali presi da un monitoraggio di un edificio).
Esistono diversi studi sul confronto tra i sistemi di riscaldamento tradizionali e quelli con pannelli a raggi infrarossi effettuati in case abitate. Alcune di queste ricerche sono state eseguite anche dal Dott. Ing. Peter Kosack, dell’università di Kaiserslautern (Ricerca Kosack, tedesco; ricerca Kosack, inglese).
I risultati della ricerca sui pannelli a raggi infrarossi del Ing. Kosac dimostrano diversi vantaggi rispetto ai sistemi di riscaldamento convenzionali:
- risparmio energetico: il riscaldamento a raggi infrarossi consuma 2,5 volte meno energia rispetto al sistema a gas a bassa temperatura
- minore onere economico a carico dell’utente finale per l’installazione e l’utilizzo: in termini di energia consumata, il riscaldamento a infrarossi costa 1,4 volte meno rispetto a un sistema a gas a bassa temperatura
- assenza di rischi per le persone: al contrario, si ottengono solo benefici a livello fisico e psichico
- riduzione di emissioni di CO2: 1,4 volte meno CO2 emessa rispetto al sistema a gas
- assenza di produzione in loco di polveri sottili: le emissioni sono concentrate e controllate nei luoghi di produzione dell’energia elettrica da fonti non rinnovabili
- risparmio di acqua potabile per l’impianto di riscaldamento.
Ho voluto quindi riproporre un’analisi simile a quella del Dott. Kosac per capire se e quanto fosse vantaggioso utilizzare sistemi di riscaldamento a raggi infrarossi.
Riscaldamento a Raggi Infrarossi: Simulazioni e Confronti con Sistemi Tradizionali
Lo studio è stato effettuato su edifici residenziali e terziari, tenendo conto di differenti gradi di isolamento termico e quindi classi energetiche, per dimostrare che non esiste un unico sistema che possa andare bene per tutte le tipologie edilizie e classi energetiche, ma ogni caso deve essere studiato e progettato a parte.
Non sono state considerate le strutture dedicate alla produzione industriale in quanto tali fabbricati sono scarsamente isolati e composti da ampi spazi: i pannelli radianti ad infrarossi perdono di efficacia ad una distanza superiore ai 6 metri. Per cui sono affidabili per edifici residenziali o uffici, ma non per capannoni, serre e ampi spazi non isolati.
Le simulazioni di calcolo del sistema a raggi infrarossi sono state eseguite utilizzando un foglio di calcolo della ditta Celsiuspanel. I sistemi radianti alimentati da pompa di calore, sono stati invece ricavati da simulatori presenti in rete.
I risultati ottenuti sono confrontabili con il caso dell’abitazione studiata dall’università di Kaiserslutern:
- Caso studio Università di Kaiserslutern: abitazione di 106 mq riscaldata per 14 ore al giorno per 6 mesi all’anno con temperatura esterna -10 °C, interna di 20 °C e classe energetica di isolamento delle pareti D (110 kWh/m² * anno).
- Caso studio in esame: abitazione di 100 mq calpestabili, vani con altezza di 2,8 m (volume riscaldato di 280 mc), superficie delle finestre pari a 20 mq, pareti, pavimento e soffitto disperdenti verso l’esterno. È stato considerato un riscaldamento che operi 14 ore al giorno per 6 mesi con temperatura esterna minima di -5 °C e temperatura interna di 20 °C.
I calcoli sono stati ripetuti per diverse classi energetiche dell’involucro edilizio.
N.B.: I dati seguenti sono in fase di revisione con metodi di calcolo più accurati.
* Costo unitario metano: €/m³ 0,80
** Costo unitario elettricità €/kWh 0,21
*** Calcoli da sito impostando: zona Trieste, 1 persona – € 30 anno per ACS, Pompa di calore AIR+ HT Rossato Group, pannelli radianti, tipo regolazione modulante
N.B.: In rosso dati estrapolati
Confrontando i dati risulta che per abitazioni di classe A+, A e B il sistema ad infrarossi è migliore del sistema radiante a pavimento con pompa di calore aria acqua.
Si ha il pareggio tra infrarossi e sistemi radianti con pompa di calore aria acqua per classi C e D, mentre per abitazioni di classe inferiore, E, F e G il sistema di riscaldamento meno energivoro è la pompa di calore aria acqua. Nelle classi energetiche più basse si può recuperare le prestazioni del sistema a raggi infrarossi installando una controparete interna in cartongesso ed una lastra di alluminio. In tal modo le radiazioni infrarosse vengono riflesse nell’ambiente, anziché essere disperse all’esterno per mancanza di isolamento termico.
Ovviamente questa soluzione andrà progettata con cura tenendo in considerazione eventuali problemi dovuti alla riduzione della capacità termica areica della parete che essa provoca.
Quindi i sistemi con superfici radianti alimentate da fonte elettrica, in edifici molto isolati termicamente, usano meno energia rispetto a quelli alimentati a gas, inoltre sono esenti dai costi fissi annuali/biennali imposti dalla legge per l’analisi fumi delle caldaie a gas.
Altri Impianti a Corredo del Riscaldamento a Raggi Infrarossi
In una abitazione di civile abitazione è necessario avere anche impianti per la produzione di acqua calda sanitaria, impianti per il raffrescamento estivo e impianti per la cottura dei cibi. Per questi ultimi esistono in commercio ottime piastre ad induzione che permettono la riduzione dei tempi di cottura e la riduzione della spesa energetica (al limite il pareggio con la bolletta del gas, ma senza i pericoli e le spese fisse di controllo e manutenzione degli impianti a gas).
La produzione di acqua calda sanitaria può essere ottenuta con pompe di calore ad accumulo, molto più economici nelle spese di gestione dei bollitori a resistenza elettrica. La stessa tecnologia ad infrarossi può essere utilizzata per l’ACS, ma è in fase di sviluppo e ci vorrà ancora del tempo per avere sul mercato i primi prodotti.
Infine per il raffrescamento estivo, considera che una pompa di calore con riscaldamento a pavimento, se la si vuole sfruttare anche per raffreddare in estate, ha bisogno comunque di un sistema di deumidificazione. Si tratta quindi di un doppio impianto.
Nel caso di un sistema di riscaldamento ad infrarossi, è conveniente nell’economia dell’investimento iniziale, affiancare ad esso un sistema di raffrescamento ad espansione diretta (pompa di calore aria – aria). Con questi tipi di impianto si ottiene, oltre al freddo, il movimento d’aria indispensabile per creare il benessere d’estate.
I prossimi articoli saranno dedicati ad approfondire sia il funzionamento dei pannelli a raggi infrarossi e come essi influiscono sui consumi energetici e sul comfort termo-igrometrico, sia i costi di installazione, gestione e manutenzione rispetto ad altri tipi di impianti.
A cura di Ing. Francesco Veronese
Soluzione interessante e sicuramente conveniente se abbinata a un impianto fotovoltaico.
Si ok ma il fattore di conversione dell’energia primaria qualcuno l’ha considerato in questi calcoli? E avete mai provato a far rientrare in classe A una abitazione con un sistema solo elettrico? L’isolamento è ben diverso dalla soluzione con pompa di calore.
88%? Sento odore di Tucker…
La ricerca di Kojack è in raltà solo una recensione della letteratura esistente.
Interessante informazione, che non conoscevo.
Avete pubblicato lo studio fatto in Germania, ma avete considerato che l’energia elettrica in Italia costa molto di più? Quale sarebbe la convenienza aggiornando questo dato?
Secondo me c’è qualcosa che non va, sembra il classico caso studio confezionato da una azienda che esprime una valutazione chiaramente non obbiettiva.
Prima di pubblicare certe informazioni bisognerebbe approfondire l’argomento più seriamente.
è impossibile che un sistema di riscaldamento elettrico come quello proposto abbia una efficienza superiore a 1, ovvero 1 kWh Elettrico = 1 kWh Termico.
Mentre una pompa di calore seria, ha un rendimento COP medio stagionale superiore a 3 (Pianura Padana) e molto oltre nel resto dell’Italia.
Se non interpreto male quanto sotto riportato il caso studio parla di stagioni intere a -10 o a -5. Non siamo mica al polo nord. Nel nostro paese la Temperatura esterna media stagionale è superiore ai 5 °C, per cui le pompe di calore aria-acqua, abbinate al radiante ad acqua consumano molto meno di quando indicato nel vostro articolo (ed anche le caldaie).
Sicuramente le applicazioni del sistema possono essere convenienti in alcuni casi, ma non certo nel residenziale con occupazione continuativa.
Ciao esistono dati sperimentali su edifici reali che Francesco, se vorrà, ci metterà a disposizione e che sono allineati a quanto scritto.
Certo, il fattore di conversione viene considerato, tant’è che si distingue tra kWh elettrici e termici. I raffronti sono quindi fatti sull’effettiva spesa economica, convertendo i rispettivi consumi mediante il costo unitario di elettrecità e metano.
Ciao Giuseppe, i costi dell’energia elettrica in Italia sono proprio questi. Il caso studio è stato infatti localizzato in Italia, o meglio a Trieste.
Ciao, come scritto è un caso studio, localizzato a Trieste. L’efficienza dei pannelli radianti infrarossi è intorno al 97%.
Nei prossimi articoli Francesco, se vorrà, presenterà anche dei dati sperimentali su un edificio reale.
Sarebbe interessante vedere i dati sperimentali su qualche edificio, avendo a disposizione una certificazione energetica e confrontando i consumi elettrici effettivi con quelli previsti.
Anche se rimango convinto che i sistemi elettrici consumano di più e richiedono impegni di pontenza contrattuale al contatore ENEL più costosi.
La tabella riassuntiva con i costi per il riscaldamento non mi convince.
Prendendo una casa in classe A, si hanno 1.023,81 kWh elettrici per il riscaldamento IR e 1.842,86 kWh elettrici per una pompa di calore aria acqua.
Come è possibile usare più energia elettrica per ottenere lo stesso effetto?
Se non sbaglio, un sistema di riscaldamento a IR ha un COP, mentre una pompa di calore aria/acqua ha un COP di 3, cioè usa tre volte meno energia elettrica per produrre la stessa quantità di calore.
I sistemi sono diversi, uno riscalda acqua, l’altro irradia raggi infrarossi. Il tutto dipende dal funzionamento fisico che è stato comunque discretizzato nel metodo di calcolo adottato.
Cercheremo di approfondire la questione nei prossimi articoli, anche analizzando i dati di un edificio reale.
Sempre utile ed esaustivo!
Indipendentemente dal vettore per trasferire il calore (acqua o irradiamento diretto), il conteggio indica l’energia che è introdotta nell’involucro della casa.
Come accade per un sistema IR, una pompa di calore non disperde verso l’esterno, ma anzi, preleva calore dall’esterno per immetterlo all’interno della casa. A parità di isolamento, mi aspetto dunque lo stesso fabbisogno energetico (inteso come energia termica necessaria a mantenere la temperatura di 20 C).
Anche se l’efficienza di una pompa di calore diminuisce nel passaggio da aria ad acqua e poi da acqua ad aria, l’energia “persa” rimane sempre all’interno dell’edificio. Perché quindi bisogna inserire il triplo dell’energia termica per avere lo stesso effetto?
Considera che il fabbisogno di energia termica utile (involucro edilizio) è diverso dal fabbisogno di energia primaria (che tiene in conto di tutte le dispersioni impiantistiche tra cui distribuzione, regolazione, generazione). I pannelli infrarossi, da simulazione, si comportano bene nel caso di involucro molto isolato, classi energetiche A+, A, B, per il resto la pompa di calore resta la scelta migliore.
Vedremo in un caso reale se si otterranno gli stessi risultati.
Il risparmio energetico è assicurato, ma come tu sai bisogna vincere la diffidenze dei clienti, verso le esposizioni hi wi attraverso una rete locale wlan in maniera wireless, gli infrarossi, i campi magnatici ecc. Non conosco il valore delle frequenze degli infrarossi che sono accennate nell’interessante articolo.
La letteratura riporta che gli effetti nocivi degli Infrarossi sono comunque molto rari nelle normali esposizioni e i pochi casi studiati si riferiscono a pazienti esposti a raggi di tipo IR-C (con lunghezza d’onda di oltre 3000 Nm) per molti anni. Gli apparecchi ad infrarossi che hai citato non possono produrre un’energia paragonabile a quella ottenuta nelle fonderie dai metalli incandescenti, ma un’esposizione prolungata è comunque sconsigliabile. Provando a stimare, posso affermare che è sicuro usare un’apparecchio soltanto per poche settimane e non per più di due mesi consecutivi.
Invece sugli effetti benefici degli infrarossi sulla salute posso annoverare soltanto un riscaldamento dei tessuti, che potrebbe dare un temporaneo sollievo da alcune patologie come, per esempio l’artrite, ma nessun effetto curativo.
Ciao ti rinnovo i complimenti per la divulgazione scientifica del tuo sito .
Argomento molto interessante e non ho mai pensato che la tecnica ad infrarossi potesse essere applicata nelle abitazioni. Approfondirò la cosa, l’unica perplessità che ho al momento non è tanto la resa energetica a cui posso tranquillamente credere ma il Comfort.
Grazie Ing. Fabio Lametti
Sì, anch’io sarei curiosa di conoscere il quantitativo di emissioni di un radiatore elettrico ed un radiatore ad acqua in funzione di superficie emittente, potenza e distanza e se sono compatibili con l’uso prolungato.
Poichè sicuramente entrambi emettono nel campo IR, sarebbe interessante vedere la differenza.
Ciao Monica e Fabio, cercheremo di approfondire il discorso comfort e costi nei prossimi articoli. Inoltre molto probabilmente avremo la possibilità di presentare dei dati sperimentali su un edificio reale con sistema a infrarossi.
In effetti concordo con Elia, in merito alle perplessità (dovute ovviamente a mancanza di conoscenza e sperimentazione) relativamente agli effetti reconditi e all’oggi non noti, che l’esposizione continuata e prolungata agli infrarossi potrebbe indurre. ma io (come Socrate) so di non sapere. Ottima l’analisi che vede in “pole position” le classi A+,B, C, per l’eventuale scelta (da scartare a priori per le classi peggiori dunque – che ahimè – rappresentano il 90% del patrimonio edilizio esistente pero’).
In tutta franchezza, personalmente ci andrei molto cauto (ragionando sulla mia pelle) nel “risparmiare costi quel che costi”. Purchè non ci vada di mezzo la salute e non si faccia la fine della rana bollita.
Complimenti per il tuo impegno sempre attento e costante nella divulgazione di questi argomenti!
Ricordo che i risultati provengono da simulazioni numeriche, per cui sono da prendere con la dovuta accortezza.
Per avere riscontri puntuali attendiamo i dati sperimentali acquisiti su un edificio reale.
I dati di fabbisogno energetico per il riscaldamento invernale nell’esempio in esame per la classe energetica A+, sono stati sovrastimati a causa dei software semplificati utilizzati.
Portando il consumo annuo di tale classe a circa 22 kWh/m2anno * 100 mq = 2200 kWh.
Per cui si ottiene 2200 kWhanno / 9,9 kWh/Nmc = 222 mc di metano annuo * 0,8 euro a mc = 178 euro che rispetto alle 54 euro dei pannelli infrarossi scendiamo da 88% a 70%.
Quindi abbiamo comunque un buon risparmio per la classe A+.
Rimando a ulteriori approfondimenti il confronto con l’utilizzo di metodologie di calcolo più accurate.
Chiedo scusa ma non mi è chiara la tabella dei consumi e dei costi. Sia nella realtà che nella simulazione mi sembra strano che un edificio di 100 mq in classe G possa consumare così tanto. C’è una cosa che infatti non capisco. Nell’ipotesi di riscaldamento con caldaia tradizionale in classe F viene previsto un consumo di 47791,5 KWh (metano). Per ottenere quindi l’Epi si dovrebbe dividere tale valore per 100 (ovvero i mq dell’appartamento) ottenendo così un valore di 477 Kwh/mq anno. Ovviamente tale valore non corrisponde ad una classe F, o mi sbaglio?
Salve ricordo che i dati sono indicativi in quanto risultati da strumenti di calcolo semplificati. Nei prossimi articoli apporteremo le dovute modifiche utilizzando metodi di calcolo più accurati.
Ciao Andrea! Non sono un esperto del settore, ma a me sembra per esperienza che la sensazione di calore percepita dal corpo umano sia l’effetto dei raggi infrarossi che colpiscono direttamente la nostra pelle. Basta quindi indirizzare una lampada IR verso una persona. La potenza radiante che colpisce il corpo dovrà compensare la dispersione corporea che è di circa 100 Wh/mq a corpo nudo e il gioco del risparmio è fatto. Anche perché l’aria non si scalderà direttamente con l’irraggiamento, ma per conduzione e convezione con tutte le superfici solide.
Molto interessante.
Alcune considerazioni:
– bisogna tener conto anche delle limitazioni architettoniche. Un pannello IR prevede che la parete debba essere libera da ostacoli. Con il riscaldamento/raffrescamento a pavimento questo problema non esiste
– l’esempio preso in considerazione è fatto su zone molto fredde. Sarebbe interessante fare un esempio per il SUD ( Bari per esempio), laddove abbiamo maggiori problematiche estive.
L’aliquota deumidificazione per un impianto di raffrescamento a pavimento incide max per il 15%, ma in termini di benessere evitare le correnti d’aria di un impianto ad espansione diretta (o fan coil) è sempre opportuno specie in estate.
Cordiali saluti
Visto che l’argomento crea interesse, se può essere utile, allego un link ad un file che uso spesso con i miei clienti, che aiuta molto a fare chiarezza sui confronti tra generatori e che può essere aggiornato con i costi dei combustibili che avete nelle varie regioni d’Italia.
Tecnologia molto condivisibile da un punto di vista di “sistema economico di produzione del calore”.
Un’ottima soluzione che, in abbinamento ad impianti di produzione di ACS con scaldacqua a pompa di calore efficacemente sottodimensionato benchè supportato da un buon impianto a pannelli solari sottovuoto con sistema free-cooling per il raffrescamento nei periodi estivi, darebbe dei grandiosi risultati dal lato del risparmio energetico e del comfort ambientale, data anche l’assenza di movimenti convettivi dell’aria riscaldata.
Si evidenzia nei vostri calcoli la convenienza che questo sistema offre soprattutto negli edifici (entro un certo limite di altezza dei soffitti) con classe energetica A+, A o B.
Credo però che ormai dovrebbe far parte della logica di ognuno, indipendentemente dalla tecnologia “termica” che si vuole utilizzare nella propria abitazione, che per “fare un bel lavoro” bisognerebbe partire dal rendere termicamente più isolato l’intero edificio e solo allora fornirsi dell’energia necessaria.
La vedo inutile produrre energia in eccesso mettendo in calcolo anche quella che verrà dispersa dall’edificio “mal” coibentato.
Ciao Giancarmine, grazie.
Sono pienamente d’accordo con te sul fatto di ridurre prima gli sprechi energetici e poi pensare a come generare la poca energia necessaria a raggiungere il comfort termo-igrometrico all’interno degli ambienti.
E’ la filosofia che dobbiamo seguire tutti.
Salve Andrea, grazie per il lavoro che fate!
Vorrei sapere quando arriva la seconda parte della ricerca. Io vendo case in legno molto isolanti e ritengo questa una soluzione decisamente interessante.
Si eliminano i problemi di approvvigionamento del gas, si può sfruttare meglio il fotovoltaico (anche se in inverno produce di meno in realtà), non c’è manutenzione. Se la qualità del riscaldamento è come la descrivete più isolata è la casa meglio dovrebbe essere il risultato e il guadagno, specialmente in zone climatiche E/F
Grazie ancora, Luigi
Ciao Luigi, arriva presto, ci stiamo lavorando.
Grazie per l’interesse.
Io ho il FV (senza accumulo con batterie, arrivo ai 3KW solo il giorno).
L’idea era: comprando 2 o 3 di questi pannelli verniciabili da 500w (li vedono varie catene di bricolage) a 50 euro l’uno, la cosa CONVIENE rispetto a comprare i tradizionali “radiatori elettrici a olio” oppure ai classici termoconvettori 1000/2000w? L’efficienza energetica è simile? Tenendoli accesi solo quando c’è il sole (facendoli accendere automaticamente quando il sole sorge, la mattina, per riscaldare la stanza) e cercando di limitarne l’uso la sera, quando non produco, l’efficienza di riscaldamento e la velocità di riscaldamento è pari ai radiatori elettrici a olio o ai termoconvettori? Forse sono più “lenti” a riscaldare, dato il wattaggio minore?
Per una stanza da letto che deve rimanere calda parecchie opre (la casa è vecchia, nessuna certificazione energetica… sarebbe G o peggio,se esistesse….) un pannello del genere riesce a riscaldare un po’ o spreco solo i 500 watt ed è meglio un termosifone elettrico a olio che mantenga la temperatura?
Invece per un bagno, che voglio riscaldare VELOCEMENTE e in modo brutale, e non mi interessa che poi resti caldo, è meglio il classico termoventilatore da soffitto da 30 euro, consuma 2000 watt ora ma in 10 minuti ti ha riscaldato il bagno?
Grazie
Vi siete mai trovati in problemi dovuti al fatto che le lampade non riescono, nonostante il dimensionamento verificato come sommariamente corretto, a garantire il confort termico ?