Rapporto N. H.0611.S.393.EMCP-Produzione

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2 INTRODUZIONE Da alcuni anni si è diffusa l abitudine di riscaldare fabbricati industriali con i pannelli radianti a pavimento. La nostra associazione EMCP di produttori di pannelli radianti a soffitto ha dato incarico all istituto HLK dell università di Stoccarda di realizzare uno studio che mettesse a confronto, in un contesto industriale, il riscaldamento radiante a pavimento e quello radiante a soffitto. Lo studio realizzato si compone di due relazioni di seguito allegate. Il rapporto n. 393 prende in considerazione un capannone di m 2, collocato in due zone climatiche identificabili come Europa del Nord ed Europa del Sud, per il quale viene calcolato il fabbisogno energetico di riferimento, ovvero un valore teorico ideale dell energia termica richiesta per riscaldare il fabbricato, indipendentemente dal sistema di riscaldamento utilizzato. I calcoli vengono poi eseguiti considerando prima il sistema di riscaldamento a pavimento e poi quello a soffitto, con due diversi metodi di utilizzo (con e senza riduzione notturna) e con diversi sistemi di regolazione. I risultati dei calcoli evidenziano che il fabbisogno energetico richiesto per riscaldare il capannone con il sistema a pavimento è più elevato del 20-25% rispetto al riscaldamento con pannelli radianti a soffitto. I calcoli indicano inoltre che il sistema con riscaldamento a soffitto reagisce più velocemente alle variazioni dei carichi interni ed esterni. La relazione è molto interessante e risponde pienamente all argomento trattato. In Italia, tranne in alcune zone di montagna particolarmente fredde, durante il periodo invernale ci sono forti escursioni termiche giornaliere e quindi i valori della relazione in tali condizioni risultano percentualmente più elevati. Negli impianti a gas metano è consuetudine spegnere l impianto di riscaldamento durante la notte e nei fine settimana; la regolazione infatti permette, con un semplice termostato ambiente, di rimettere in funzione l impianto solo nel momento in cui la temperatura ambiente si abbassa al di sotto dei 5 C circa (funzione antigelo). L utilizzo di regolatori programmabili con sonda esterna permette inoltre di avviare l impianto in ore diverse in modo da garantire in ambiente la temperatura desiderata durante le ore lavorative. Il secondo rapporto n. 633 analizza invece i flussi termici verso il terreno ed attraverso il terreno verso l ambiente. Si ipotizzano diverse composizioni del terreno e diverse distanze dalla falda freatica. I calcoli evidenziano che, a parità di conformazione del terreno e di distanza dalla falda freatica, i flussi termici dispersi verso il terreno del sistema di riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, risultano inferiori, rispetto a quelli del sistema con pannelli a pavimento, secondo percentuali che vanno dal 44 al 59%. Anche in questo caso è quindi evidente che il sistema con pannelli radianti a soffitto consente di ridurre il surplus di energia prodotta e dispersa per riscaldare un ambiente industriale. Su questi dati oggettivi e scientificamente riscontrati si fonda la possibilità di affermare che il sistema di riscaldamento con pannelli radianti a soffitto permette un effettivo risparmio in termini energetici, e quindi economici, rispetto al sistema a pavimento.

3 Rapporto N. H.0611.S.393.EMCP-Produzione Riscaldamento di fabbricati industriali Comparazione delle emissioni termiche di pannelli radianti a soffitto e riscaldamento a pavimento Capannoni adibiti a produzione Incaricato: Committente: HLK Stuttgart GmbH Pfaffenwaldring 6A Stuttgart EMCP Gartenstraße Groß-Umstadt Stoccarda, Prof. Dr.-Ing. M. Schmidt Dr.-Ing. Chr. Beck Il rapporto contiene 10 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

4 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 2/10 Rapporto N. H.0906.S.393.EMCP 1. stesura Indice dei contenuti 1 Descrizione dello studio Condizioni al contorno Capannone adibito a produzione Dati meteorologici Carichi termici Fonti di calore interne Risultati dei calcoli Riscaldamento a pavimento Riscaldamento radiante a soffitto pannelli radianti a soffitto Conclusioni...10 Il rapporto contiene 10 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

5 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 3/10 Rapporto N. H.0906.S.393.EMCP 1. stesura 1 Descrizione dello studio In un capannone adibito a produzione, il riscaldamento con pannelli radianti a soffitto viene messo a confronto con un sistema di riscaldamento a pavimento. 2 Condizioni al contorno 2.1 Capannone adibito a produzione La figura 1 descrive il capannone industriale che è stato scelto. Le temperature richieste sono 18 C nei giorni lavorativi e di regola 14 C durante il fine settimana (funzionamento con riduzione) Si considera inoltre il caso in cui la temperatura richiesta viene ridotta a 16 C nell intervallo di tempo dalle 17:00 alle Si eseguiranno i calcoli facendo riferimento allo stesso fabbricato situato in due diverse località: Inghilterra (o Italia) e Germania (N.d.T.). N.4 file di lucernari: ca. 15% della superficie totale, k=3,0 W/m²K Larghezza: 1,7m Lunghezza: 89m Allineamento simmetrico Edificio confinante adiacente 10m 10m 100m 33m 10m 10m 12,5m 12,5m 50m Pavimento: resistenza termica equivalente R = 5 m²k/w 33m 66m 33m Tetto e pareti: k=0,35 W/m²K N.3 file di finestre: ca. 12% della superficie laterale, k=1,4 W/m²K Larghezza: 4m Altezza: 10m Allineamento simmetrico N.2 porte sul lato lungo, allineamento simmetrico, k=3,0 W/m²K Altezza: 3,5m Larghezza: 3m N.3 porte sul lato frontale, allineamento simmetrico, k=3,0 W/m²K Altezza: 5,5m Larghezza: 5m Zona da servire: Altezza 2m, Distanza dalla parete esterna: 1,5m Temperatura interna: 18 C (5 giorni) 14 C (fine settimana) Figura 1: capannone industriale adibito a produzione Il rapporto contiene 10 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

6 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 4/10 Rapporto N. H.0906.S.393.EMCP 1. stesura La ventilazione avviene per mezzo di un impianto di trattamento aria, il quale garantisce un ricambio d aria pari a: per la Germania: A) 0.2 1/h o in alternativa B) 0.5 1/h. per l Inghilterra (o l Italia) A) 0.3 1/h o in alternativa B) 0.5 1/h. Viene considerato anche il ricambio d aria ridotto, poiché, dato il grande volume dell edificio, i movimenti d aria ed il fabbisogno termico aumentano. Nei moderni stabilimenti industriali, dotati di un efficiente sistema di rilevazione ed estrazione delle emissioni nocive (aspirazione), è possibile un ricambio d aria minore. Il pavimento del capannone è isolato verso il terreno. La figura 2 illustra come esempio l andamento delle temperature sul terreno nel caso del riscaldamento a pavimento senza isolamento. I calcoli hanno indicato che, nel caso senza isolamento, per il riscaldamento a pavimento le dispersioni nel terreno aumentano fortemente e la resa della parte rimanente (massimo il 50% della superficie del pavimento) non è sufficiente a riscaldare il fabbricato. In questa situazione l osservazione principale è che, nel caso del riscaldamento a pavimento, la differenza tra la temperatura massima (a livello dei tubi) e quella del terreno o dell aria esterna circostante è notevolmente più alta che nel caso del riscaldamento con pannelli radianti a soffitto. Mentre per i pannelli radianti a soffitto la temperatura superficiale del pavimento, per effetto dell irraggiamento, si attesta su valori leggermente superiori alla temperatura dell aria (ca. 2K), nel caso del riscaldamento a pavimento la temperatura a livello dei tubi - già più vicini al terreno - deve essere almeno di 50 C per garantire una sufficiente emissione termica verso l alto. Ciò aumenta le dispersioni verso il terreno. Figura 2: Andamento delle temperature al di sotto del capannone nel caso del riscaldamento a pavimento senza isolamento. Il rapporto contiene 10 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

7 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 5/10 Rapporto N. H.0906.S.393.EMCP 1. stesura 2.2 Dati meteorologici Si stabiliscono le condizioni esterne per due zone climatiche: A) Germania: Si applicano i dati climatici relativi ad una temperatura di progetto di -12 C B) Inghilterra e Italia: Si applicano i dati climatici relativi ad una temperatura di progetto di - 5 C La figura 3 mostra la rappresentazione grafica dei dati stabiliti per entrambe le zone climatiche. Per i calcoli successivi risultano importanti i valori rilevati nel periodo in cui il riscaldamento è attivo (Tamb < Top). Figura 3: Dati meteorologici stabiliti come base di calcolo (anni di riferimento per la prova) per entrambe le zone climatiche 2.3 Carichi termici I carichi termici relativi alle diverse modalità di utilizzo vengono determinati secondo le regole tecniche previste dalla norma(din EN 12831) in primo luogo per condizioni progettuali stazionarie. In un secondo momento viene calcolato il fabbisogno energetico di riferimento (valore teorico ideale dell energia termica richiesta per riscaldare il fabbricato, indipendentemente dal sistema adottato). Questo significa che si devono considerare sia le fonti di calore interne che l orientamento delle superfici con finestre (fonti di calore esterne) e le oscillazioni della temperatura nell arco della giornata. Gli apporti gratuiti di calore dall esterno e dall interno vengono considerati nel calcolo dell energia di riferimento richiesta e portano ad una riduzione di questo valore rispetto alla valutazione effettuata in condizioni stazionarie. Il rapporto contiene 10 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

8 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 6/10 Rapporto N. H.0906.S.393.EMCP 1. stesura 2.4 Fonti di calore interne I carichi interni (apporti gratuiti forniti da persone e macchinari durante le lavorazioni) del capannone adibito a produzione vengono determinati, secondo un profilo di utilizzo predefinito (valido per i giorni lavorativi), come di seguito descritto: Dalle alle Dalle alle Dalle alle % del carico termico 20% del carico termico 100% del carico termico 3 Risultati dei calcoli 3.1 Riscaldamento a pavimento La figura 4 riporta lo schema della regolazione per il riscaldamento a pavimento proposta dal committente. Il riscaldamento a pavimento viene alimentato da un flusso continuo di fluido scaldante. La temperatura di mandata è determinata in base alla temperatura esterna ed alla temperatura ambiente. Figura 4: Rappresentazione schematica della regolazione del riscaldamento a pavimento Il rapporto contiene 10 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

9 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 7/10 Rapporto N. H.0906.S.393.EMCP 1. stesura La tabella 1 mostra i valori del fabbisogno termico di riferimento con pavimento isolato. La tabella 2 mostra invece i risultati per il caso con riduzione notturna nel capannone. Il fabbisogno energetico di riferimento si riduce, poiché nelle ore notturne la temperatura ambiente richiesta è inferiore. Il valore calcolato nel caso di riduzione notturna è pari a circa il 70% del valore senza di essa. Nelle tabelle 3 e 4 si trovano i risultati della simulazione (funzionamento reale) per il sistema di riscaldamento a pavimento in entrambi i casi. Produzione kwh MWh Infiltrazione Germania ,2 Germania ,5 Inghilterra ,3 Tabella 1: Fabbisogno energetico di riferimento calcolato con isolamento per riscaldamento ideale Produzione kwh MWh Germania, n=0,2 1/h Germania, n=0,5 1/h Inghilterra, n=0,3 1/h Tabella 2: Fabbisogno energetico di riferimento con isolamento e riduzione notturna per riscaldamento ideale Produzione kwh MWh Maggior consumo Germania, n=0,2 1/h ,33 Germania, n=0,5 1/h ,36 Inghilterra, n=0,3 1/h ,45 Tabella 3: Fabbisogno energetico (aumento del dispendio) calcolato per riscaldamento a pavimento con isolamento, senza riduzione notturna Produzione kwh MWh Maggior consumo Germania, n=0,2 1/h ,67 Germania, n=0,5 1/h ,59 Inghilterra, n=0,3 1/h ,77 Tabella 4: Fabbisogno energetico (aumento del dispendio) calcolato per riscaldamento a pavimento con isolamento, con riduzione notturna Si riscontra che l aumento del consumo nel capannone senza riduzione notturna si attesta su valori tra 1,33 e 1,45. Ciò significa che viene consumata dal 30% al 40% di energia in più rispetto a quella che sarebbe stata necessaria a riscaldare il capannone nel caso ideale. Nel caso con riduzione notturna tale valore relativo aumenta ad 1,59 fino a 1,77. La causa di ciò è la riduzione del fabbisogno energetico di riferimento. Risulta perciò che i valori relativi all aumento dei consumi crescono, nonostante i valori assoluti diminuiscano. Prendendo ad esempio il capannone in Germania, n=0,2, questo si spiega come segue: Il rapporto contiene 10 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

10 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 8/10 Rapporto N. H.0906.S.393.EMCP 1. stesura Fabbisogno energetico di riferimento senza riduzione notturna: 158 MWh Consumi del riscaldamento a pavimento senza riduzione notturna: 212 MWh Conseguente aumento dei consumi calcolato: 1,33 o 33% Fabbisogno energetico di riferimento con riduzione notturna: 109 MWh Consumi del riscaldamento a pavimento con riduzione notturna: 182 MWh Conseguente aumento dei consumi calcolato: 1,67 o 67% Questo significa che il potenziale risparmio di MWh, conseguibile per mezzo della riduzione notturna può essere solo in parte realizzato attraverso l impianto di riscaldamento. La riduzione effettiva del consumo energetico ammonta in questo caso solo a circa MWh. 3.2 Riscaldamento radiante a soffitto Pannelli radianti a soffitto Si considerano due casi di riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, con due diversi sistemi di regolazione: Sistema di regolazione 1: La portata di massa viene regolata in modo continuo (sistema di controllo con valvola modulante che regola il flusso di acqua calda secondo la temperatura rilevata). La misura di riferimento per la regolazione è la temperatura operante. Il valore impostato (set point) del regolatore viene ugualmente fissato in modo da evitare con certezza una discesa della temperatura ambiente al di sotto di tale valore. In tal modo il capannone viene mantenuto per periodi di tempo di diversa durata ad un livello di temperatura più elevato di quanto sarebbe necessario. Da ciò deriva un aumento dei consumi rispetto al fabbisogno di riferimento del riscaldamento ideale avente un regolatore ideale. Sistema di regolazione 2: Analogamente alle considerazioni fatte nel caso del riscaldamento a pavimento, anche nel caso dei pannelli radianti a soffitto la portata di massa viene mantenuta costante. La temperatura di mandata è ancora dipendente dalla temperatura ambiente e dalla temperatura esterna. I valori relativi al fabbisogno energetico di riferimento riportati nelle tabelle 1 e 2 (paragrafo 3.1) valgono, indipendentemente dal sistema di riscaldamento, anche per i pannelli radianti a soffitto. Nelle tabelle 5 e 6 si trovano i risultati della simulazione (funzionamento reale) del sistema di riscaldamento a pannelli radianti a soffitto, con e senza la riduzione notturna, per il sistema di regolazione 1. Il rapporto contiene 10 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

11 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 9/10 Rapporto N. H.0906.S.393.EMCP 1. stesura Produzione kwh MWh Maggior consumo Germania, n=0,2 1/h ,15 Germania, n=0,5 1/h ,14 Inghilterra, n=0,3 1/h ,18 Tabella 5: Fabbisogno energetico calcolato per riscaldamento a pannelli radianti a soffitto con isolamento, senza riduzione notturna, sistema di regolazione 1 Produzione kwh MWh Maggior consumo Germania, n=0,2 1/h ,36 Germania, n=0,5 1/h ,28 Inghilterra, n=0,3 1/h ,34 Tabella 6: Fabbisogno energetico per riscaldamento a pannelli radianti a soffitto con isolamento e riduzione notturna, sistema di regolazione 1 I valori relativi all aumento dei consumi nel caso senza riduzione notturna si attestano tra 1,15 e 1,18. In caso di funzionamento con riduzione notturna questi aumentano a 1,28 fino a 1,34. La ragione è ancora la riduzione del valore del fabbisogno energetico di riferimento. Nelle tabelle 7 e 8 sono riportati i risultati della simulazione (funzionamento reale) del sistema di riscaldamento con pannelli radianti a soffitto con e senza riduzione notturna per il sistema di regolazione 2. Produzione kwh MWh Maggior consumo Germania, n=0,2 1/h ,24 Germania, n=0,5 1/h ,21 Inghilterra, n=0,3 1/h ,19 Tabella 7: Fabbisogno energetico per riscaldamento a pannelli radianti a soffitto con isolamento, senza riduzione notturna, sistema di regolazione 2 Produzione kwh MWh Maggior consumo Germania, n=0,2 1/h ,36 Germania, n=0,5 1/h ,32 Inghilterra, n=0,3 1/h ,40 Tabella 8: Fabbisogno energetico per riscaldamento a pannelli radianti a soffitto con isolamento, con riduzione notturna, sistema di regolazione 2 I valori di aumento dei consumi nel caso senza riduzione notturna si attestano tra 1,19 e 1,24. Nel caso di funzionamento con riduzione notturna questi aumentano a 1,32 fino a 1,40. Questo indica la regolazione di tipo 1 (regolazione continua) presenta valori di aumento dei consumi alquanto inferiori. Questa soluzione è pertanto vantaggiosa dal punto di vista energetico. La regolazione di tipo 2 presenta consumi più alti di circa il 5%, tuttavia offre vantaggi in termini di comfort termico, poiché solo così il capannone può essere riscaldato in modo uniforme. Il rapporto contiene 10 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

12 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 10/10 Rapporto N. H.0906.S.393.EMCP 1. stesura 4 Conclusioni I risultati del presente studio dimostrano in primo luogo che, per il riscaldamento di capannoni industriali con sistemi a pavimento, il flusso termico verso il terreno può essere ridotto in maniera efficace solo attraverso un isolamento al di sotto del pavimento. Nell esempio considerato, ovvero un capannone industriale che misura 50m x 100m, ipotizzando una superficie non utilizzabile per il riscaldamento a pavimento del 50% (presenza di macchinari, depositi, aree coperte, ecc.), solo l impiego dell isolamento ha permesso che la restante parte della superficie, dove il riscaldamento a pavimento è installato, riuscisse a fare fronte al fabbisogno energetico totale del fabbricato. I calcoli indicano inoltre, con diverse modalità di utilizzo (con e senza riduzione notturna), l aumento dei consumi per entrambi i sistemi considerati: riscaldamento a pavimento industriale e riscaldamento per mezzo di pannelli radianti a soffitto L aumento dei consumi è pari al rapporto tra gli effettivi consumi (energia termica) ed il valore ideale teorico (fabbisogno energetico di riferimento). Le seguenti tabelle 4 e 7 mostrano i risultati nel caso di utilizzo con riduzione notturna in diverse aree climatiche (Inghilterra, Germania). Produzione kwh MWh Maggior consumo Germania, n=0,2 1/h ,67 Germania, n=0,5 1/h ,59 Inghilterra, n=0,3 1/h ,77 Tabella 4: fabbisogno energetico (aumento delle dispersioni) calcolato per riscaldamento a pavimento con isolamento termico, con riduzione notturna Produzione kwh MWh Maggior consumo Germania, n=0,2 1/h ,36 Germania, n=0,5 1/h ,32 Inghilterra, n=0,3 1/h ,40 Tabella 8: fabbisogno energetico calcolato per riscaldamento a pannelli radianti a soffitto con isolamento termico, con riduzione notturna, sistema di regolazione 2 I risultati mostrano che il fabbisogno energetico per il riscaldamento del capannone industriale a pavimento è circa il 20% 25% più alto che nell analogo caso con pannelli radianti a soffitto. I calcoli indicano inoltre che in virtù dell inferiore inerzia del sistema, nel caso del riscaldamento con pannelli radianti a soffitto è possibile reagire più rapidamente a variazioni dei carichi esterni ed interni. Questo riduce i periodi di tempo con temperature interne al di sopra della temperatura richiesta. Allo stesso modo è possibile reagire più velocemente alla diminuzione dei carichi (per esempio allo spegnimento dei macchinari). Il rapporto contiene 10 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

13 Rapporto N. H.0906.S.633 EMCP Riscaldamento di fabbricati industriali Comparazione tra i flussi termici verso il terreno in presenza di riscaldamento con pannelli radianti a soffitto e di riscaldamento a pavimento Incaricato:: HLK Stuttgart GmbH Pfaffenwaldring 6A Stuttgart Committente: EMCP Gartenstraße Groß-Umstadt Stoccarda, Prof. Dr.-Ing. M. Schmidt Dr.-Ing. Chr. Beck Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

14 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 2/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura Indice dei contenuti 1 Descrizione dello studio Condizioni al contorno Capannone adibito a produzione industriale Dati meteorologici Composizione del pavimento / Terreno Risultati dei calcoli Riscaldamento a pavimento Riscaldamento con pannelli radianti a soffitto Conclusioni Allegato Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

15 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 3/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura 1 Definizione dello studio Nel caso di un capannone industriale, devono essere determinati i flussi termici verso il terreno ed attraverso il terreno verso l ambiente. Il capannone viene riscaldato con le stesse modalità con un sistema a pannelli radianti a soffitto e con un sistema di riscaldamento a pavimento. I calcoli di queste dispersioni termiche attraverso la soletta contro terra vengono eseguiti ipotizzando diverse condizioni per quanto concerne il terreno al di sotto del capannone. 2 Condizioni al contorno 2.1 Capannone adibito a produzione industriale La figura 1 illustra il capannone selezionato adibito a produzione industriale. La temperatura ambiente richiesta è di 18 C nei giorni lavorativi. N.4 file di lucernari: ca. 15% della superficie totale, k=3,0 W/m²K Larghezza: 1,7m Lunghezza: 89m Allineamento simmetrico Edificio confinante adiacente 10m 10m 100m 33m 10m 10m 12,5m 12,5m 50m 33m 66m 33m Tetto e pareti: k=0,35 W/m²K N.2 porte sul lato lungo, allineamento simmetrico, k=3,0 W/m²K Altezza: 3,5m Larghezza: 3m N.3 file di finestre: ca. 12% della superficie laterale, k=1,4 W/m²K Larghezza: 4m Altezza: 10m Allineamento simmetrico Pavimento: resistenza termica equivalente R = 5 m²k/w N.3 porte sul lato frontale, allineamento simmetrico, k=3,0 W/m²K Altezza: 5,5m Larghezza: 5m Zona da servire: Altezza 2m, Distanza dalla parete esterna: 1,5m Temperatura interna: 18 C (5 giorni) 14 C (fine settimana) Figura 1: capannone industriale Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

16 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 4/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura 2.2 Dati Meteorologici E stata stabilita una temperatura esterna di progetto di 12 C. 2.3 Composizione del pavimento / Terreno La figura 2 mostra, in linea di principio, la composizione del pavimento del capannone. I calcoli vengono eseguiti A) senza isolamento (6 cm) B) con isolamento (6 cm) al di sotto della soletta contro terra. Per il terreno viene fissato anche il dato relativo alla distanza dalla falda freatica (vedere tabella 1). Questo sarà poi modificato in una seconda fase. In tal modo può essere valutata l influenza di tale grandezza sul risultato. Nel caso del riscaldamento a pavimento, la temperatura della superficie del pavimento rivolta verso l alto si regola in base all emissione termica richiesta. Nel caso del riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, il valore viene fissato a 20 C (temperatura del capannone: 18 C). Tale valore, superiore rispetto alla temperatura dell aria, tiene conto dell effetto dell irraggiamento dei pannelli radianti a soffitto sul pavimento dell edificio stesso. Tubo del riscaldamento a pavimento Diametro: 2cm Temperatura acqua: 48 C Superficie superiore del pavimento 20 C con pannelli radianti a soffitto Temperatura ambiente esterna: -12 C Trasmittanza: 22 W/m²K Calcestruzzo 25cm Isolamento 6cm 15cm Terreno 5m (10m per la variante 2) Falda freatica: 12 C Figura 2: Composizione del pavimento del capannone industriale Calcestruzzo Terreno Isolamento (PU) Densità [kg/m³] Capacità termica [J/kgK] Conduttività termica [W/mK] 2,1 2,1 o 1,5 0,031 Tabella 1: Dati relativi ai materiali utilizzati Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

17 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 5/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura 3 Risultati dei calcoli 3.1 Riscaldamento a pavimento industriale La tabella 2 mostra i risultati del calcolo del flusso termico verso il terreno utilizzando i dati sopra definiti con temperatura dell acqua di 48 C e conduttività termica del terreno λ = 2,1 W/mK. La definizione di ciascun flusso termico parziale si trova alla figura A5 nell allegato al presente rapporto. I flussi termici laterali si determinano sull intera lunghezza di 100 m. I flussi termici sulla parte frontale si calcolano sulla larghezza di 50 m. La superficie del pavimento è di m². La distanza dalla falda freatica è di 5 m. Riscaldamento a pavimento senza isolamento (Temperatura dell acqua nel tubo: 48 C) Riscaldamento a pavimento con isolamento (Temperatura dell acqua nel tubo: 48 C) Flusso termico attraverso la superficie inferiore del pavimento [W] Flussi termici attraverso la superficie laterale del pavimento ( calcestruzzo) [W] Flussi termici attraverso la superficie laterale del pavimento ( isolamento) [W] 0 32 Flussi termici attraverso la parte frontale del pavimento ( calcestruzzo) [W] Flussi termici attraverso la parte frontale del pavimento ( isolamento) [W] 0 16 Somma [W] Tabella 2: Flussi termici calcolati con e senza isolamento termico, con una temperatura dell acqua di 48 C La riduzione del flusso termico ottenuta con l isolamento è pari a circa il 40%. La tabella 3 mostra le stesse grandezze, avendo però fissato la distanza della falda acquifera dal pavimento compresa entro i 10 m (contro i precedenti 5 m) ed una conduttività termica del terreno inferiore (λ = 1,5 W/mK invece dei precedenti 2,1 W/mK). Questo caso serve ad evidenziare fino a che punto la composizione al di sotto del capannone (falda freatica, tipo di terreno) abbia effetto sui risultati dei calcoli. Come ci si poteva aspettare, il flusso termico verso il terreno si riduce a circa il 50% del valore originario. La riduzione del flusso termico attraverso l isolamento in questo caso è pari a circa il 20%. Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

18 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 6/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura Riscaldamento a pavimento senza isolamento (Temperatura dell acqua nel tubo: 48 C) Riscaldamento a pavimento con isolamento (Temperatura dell acqua nel tubo: 48 C) Flusso termico attraverso la superficie inferiore del pavimento [W] Flussi termici attraverso la superficie laterale del pavimento ( calcestruzzo) [W] Flussi termici attraverso la superficie laterale del pavimento ( isolamento) [W] 0 34 Flussi termici attraverso la parte frontale del pavimento ( calcestruzzo) [W] Flussi termici attraverso la parte frontale del pavimento ( isolamento) [W] 0 17 Somma [W] Tabella 3: Flussi termici con temperatura dell acqua di 48 C e differente composizione del terreno 3.2 Riscaldamento con pannelli radianti a soffitto La tabella 4 riporta gli stessi valori della struttura originaria del pavimento (distanza dalla falda: 5m, terreno λ = 2,1 W/mK) Pannelli radianti a soffitto senza isolamento (Temperatura del pavimento: 20 C) Pannelli radianti a soffitto con isolamento (Temperatura del pavimento: 20 C) Flusso termico attraverso la superficie inferiore del pavimento [W] Flussi termici attraverso la superficie laterale del pavimento ( calcestruzzo) [W] Flussi termici attraverso la superficie laterale del pavimento ( isolamento) [W] 0 28 Flussi termici attraverso la parte frontale del pavimento ( calcestruzzo) [W] Flussi termici attraverso la parte frontale del pavimento ( isolamento) [W] 0 14 Somma [W] Tabella 4: Flussi termici calcolati con e senza isolamento termico ed una temperatura del pavimento di 20 C Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

19 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 7/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura I valori calcolati si attestano significativamente al di sotto degli analoghi valori relativi al riscaldamento a pavimento. La riduzione del flusso termico attraverso l isolamento è pari a circa il 30%. La tabella 5 riporta i valori finali, avendo fissato una profondità della falda acquifera al di sotto pavimento compresa entro i 10 m (contro i precedenti 5 m) ed una conduttività termica del terreno inferiore (λ = 1,5 W/mK invece dei precedenti 2,1 W/mK). I valori si riducono rispetto a quelli precedentemente indicati, per quanto non nelle stesse proporzioni, come già verificatosi nel caso del riscaldamento a pavimento. La riduzione del flusso termico attraverso l isolamento in questo caso è pari a circa il 16% Pannelli radianti a soffitto senza isolamento (Temperatura del pavimento: 20 C) Pannelli radianti a soffitto con isolamento (Temperatura del pavimento: 20 C) Flusso termico attraverso la superficie inferiore del pavimento [W] Flussi termici attraverso la superficie laterale del pavimento ( calcestruzzo) [W] Flussi termici attraverso la superficie laterale del pavimento ( isolamento) [W] 0 29 Flussi termici attraverso la parte frontale del pavimento ( calcestruzzo) [W] Flussi termici attraverso la parte frontale del pavimento ( isolamento) [W] 0 14,5 Somma [W] Tabella 5: flussi termici calcolati con una temperatura del pavimento di 20 C e diversa composizione del terreno. Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

20 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 8/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura 4 Conclusioni I flussi termici calcolati variano tra circa 20 e 90 kw, secondo il sistema di riscaldamento utilizzato e la composizione del terreno (rispettivamente conduttività termica e profondità della falda freatica). I risultati indicano inoltre che il flusso termico verso il terreno, in presenza di un sistema di riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, è significativamente inferiore rispetto al corrispondente valore misurato per un sistema di riscaldamento a pavimento. Si evidenzia che senza isolamento termico sotto la soletta i flussi termici con un sistema di riscaldamento a pannelli radianti risultano addirittura inferiori ai valori corrispondenti misurati con un sistema di riscaldamento a pavimento con isolamento. Prendendo ad esempio il caso con conduttività del terreno λ = 2,1 W/mK e profondità della falda freatica di 5 m: Riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, senza isolamento termico: W Riscaldamento a pavimento industriale, con isolamento termico: W Nel caso del riscaldamento a pavimento, ciò significa che, nonostante l aggiunta dell isolamento termico, si riscontra un aumento delle dispersioni di circa il 50%. Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

21 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 9/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura 5 Allegato - Andamento delle temperature nel terreno - Definizione dei flussi termici parziali sul pavimento del capannone Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

22 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 10/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura Figura A1: Riscaldamento a pavimento senza isolamento Figura A2: Riscaldamento a pavimento con isolamento Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

23 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 11/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura Figura A3: Riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, pavimento del capannone senza isolamento Figura A4: Riscaldamento con pannelli radianti a soffitto, pavimento del capannone con isolamento Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

24 Riscaldamento capannoni industriali: Comparazione pannelli radianti a soffitto - riscaldamento a pavimento Pagina 12/12 Rapporto N. H.0906.S.633.EMCP 1. stesura Flusso termico attraverso la superficie laterale del pavimento ( calcestruzzo) Flusso termico attraverso la superficie frontale del pavimento (calcestruzzo o isolamento) Flusso termico attraverso la superficie laterale del pavimento ( isolamento) Calcestruzzo 25cm Isolamento 6cm Flusso termico attraverso la superficie inferiore del pavimento (calcestruzzo o isolamento) Terreno Profondità: 5 m (10m per la variante 2) Falda freatica Figura A5: Definizione dei flussi termici parziali sul pavimento del capannone Il rapporto contiene 12 pagine. Senza l autorizzazione del laboratorio, esso può essere riprodotto solo integralmente. I risultati della prova si riferiscono

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